Los científicos de materiales han desarrollado un método rápido para producir óxido de hierro épsilon y han demostrado su potencial para los dispositivos de comunicaciones de próxima generación. Sus excepcionales propiedades magnéticas lo convierten en uno de los materiales más codiciados, como para la próxima generación de dispositivos de comunicación 6G y para la grabación magnética duradera. El trabajo fue publicado en el Journal of Materials Chemistry C , una revista de la Royal Society of Chemistry.
El óxido de hierro (III) es uno de los óxidos más extendidos en la Tierra. Se encuentra principalmente como el mineral hematita (u óxido de hierro alfa , α-Fe 2 O 3 ). Otra modificación estable y común es la maghemita (o modificación gamma, γ-Fe 2 O 3 ). El primero se usa ampliamente en la industria como pigmento rojo y el segundo como medio de grabación magnética. Las dos modificaciones difieren no solo en la estructura cristalina (el óxido de hierro alfa tiene sinngonía hexagonal y el óxido de hierro gamma tiene sinngonía cúbica) sino también en las propiedades magnéticas.
Además de estas formas de óxido de hierro (III), existen modificaciones más exóticas como épsilon-, beta-, zeta- e incluso vidrioso. La fase más atractiva es el óxido de hierro épsilon, ε-Fe 2 O 3 . Esta modificación tiene una fuerza coercitiva extremadamente alta (la capacidad del material para resistir un campo magnético externo). La fuerza alcanza los 20 kOe a temperatura ambiente, lo que es comparable a los parámetros de los imanes basados en elementos costosos de tierras raras. Además, el material absorbe la radiación electromagnética.en el rango de frecuencia de sub-terahercios (100-300 GHz) a través del efecto de la resonancia ferromagnética natural. La frecuencia de dicha resonancia es uno de los criterios para el uso de materiales en dispositivos de comunicaciones inalámbricas: el estándar 4G usa megahercios y 5G usa decenas de gigahercios. Hay planes para utilizar el rango de sub-terahercios como rango de trabajo en la tecnología inalámbrica de sexta generación (6G) , que se está preparando para su introducción activa en nuestras vidas desde principios de la década de 2030.
El material resultante es adecuado para la producción de unidades convertidoras o circuitos absorbentes a estas frecuencias. Por ejemplo, mediante el uso de nanopolvos compuestos de ε-Fe 2 O 3 será posible hacer pinturas que absorban ondas electromagnéticas y, por lo tanto, protejan las habitaciones de señales extrañas y protejan las señales de la interceptación del exterior. El propio ε-Fe 2 O 3 también se puede utilizar en dispositivos de recepción 6G.
El óxido de hierro de Epsilon es una forma de óxido de hierro extremadamente rara y difícil de obtener. Hoy en día, se produce en cantidades muy pequeñas, y el proceso en sí toma hasta un mes. Esto, por supuesto, descarta su aplicación generalizada. Los autores del estudio desarrollaron un método de síntesis acelerada de óxido de hierro épsilon capaz de reducir el tiempo de síntesis a un día (es decir, ¡realizar un ciclo completo más de 30 veces más rápido!) Y aumentar la cantidad de producto resultante. . La técnica es simple de reproducir, barata y se puede implementar fácilmente en la industria, y los materiales necesarios para la síntesis, hierro y silicio, se encuentran entre los elementos más abundantes en la Tierra.
«Aunque la fase de óxido de hierro épsilon se obtuvo en forma pura hace relativamente mucho tiempo, en 2004, todavía no ha encontrado aplicación industrial debido a la complejidad de su síntesis, por ejemplo, como medio de grabación magnética. Hemos logrado simplificar la tecnología considerablemente «, dice Evgeny Gorbachev, un Ph.D. estudiante del Departamento de Ciencias de los Materiales de la Universidad Estatal de Moscú y primer autor del trabajo.
La clave para la aplicación exitosa de materiales con características récord es investigar sus propiedades físicas fundamentales. Sin un estudio en profundidad, el material puede quedar olvidado inmerecidamente durante muchos años, como ha sucedido más de una vez en la historia de la ciencia. Fue el tándem de científicos de materiales de la Universidad Estatal de Moscú, que sintetizaron el compuesto, y los físicos del MIPT, que lo estudiaron en detalle, lo que hizo que el desarrollo fuera un éxito.
«Los materiales con frecuencias de resonancia ferromagnética tan altas tienen un enorme potencial para aplicaciones prácticas. Hoy en día, la tecnología de terahercios está en auge: es el Internet de las cosas, son comunicaciones ultrarrápidas, son dispositivos científicos de enfoque más limitado y es tecnología médica. Si bien el estándar 5G, que fue muy popular el año pasado, opera en frecuencias de decenas de gigahercios, nuestros materiales están abriendo la puerta a frecuencias significativamente más altas (cientos de gigahercios), lo que significa que ya estamos tratando con estándares 6G y más. Ahora depende de los ingenieros, estamos felices de compartir la información con ellos y esperamos poder sostener un teléfono 6G en nuestras manos «, dice la Dra. Liudmila Alyabyeva, Ph.D., investigadora principal del MIPT Laboratorio de Espectroscopia de Terahercios,donde se llevó a cabo la investigación en terahercios.
Fuente: phys.org
