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Os cientistas de materiais desenvolveram um método rápido para produzir óxido de ferro épsilon e demonstraram sua promessa para dispositivos de comunicação de última geração. Suas excelentes propriedades magnéticas o tornam um dos materiais mais cobiçados, como para a próxima geração 6G de dispositivos de comunicação e para gravação magnética durável. O trabalho foi publicado no Journal of Materials Chemistry C , um jornal da Royal Society of Chemistry.
O óxido de ferro (III) é um dos óxidos mais difundidos na Terra. É encontrado principalmente como o mineral hematita (ou óxido de ferro alfa, α-Fe 2 O 3 ) Outra modificação estável e comum é maghemita (ou modificação gama, γ-Fe 2 O 3 ) O primeiro é amplamente utilizado na indústria como pigmento vermelho, e o último como meio de gravação magnética. As duas modificações diferem não apenas na estrutura cristalina (o óxido de ferro alfa tem singonia hexagonal e o óxido de ferro gama tem singonia cúbica), mas também nas propriedades magnéticas.
Além dessas formas de óxido de ferro (III), existem modificações mais exóticas, como épsilon-, beta-, zeta-, e até mesmo vítreo. A fase mais atraente é o óxido de ferro épsilon, ε-Fe 2 O 3 . Essa modificação tem uma força coercitiva extremamente alta (a capacidade do material de resistir a um campo magnético externo). A força atinge 20 kOe em temperatura ambiente, que é comparável aos parâmetros de ímãs baseados em elementos caros de terras raras. Além disso, o material absorve radiação eletromagnética na faixa de frequência subterahertz (100-300 GHz) por meio do efeito da ressonância ferromagnética natural. A frequência de tal ressonância é um dos critérios para o uso de materiais em dispositivos de comunicação sem fio - o padrão 4G usa megahertz e 5G usam dezenas de gigahertz. Existem planos para usar a faixa subterahertz como uma faixa de trabalho na tecnologia sem fio de sexta geração (6G), que está sendo preparado para introdução ativa em nossas vidas a partir do início de 2030.
O material resultante é adequado para a produção de unidades de conversão ou circuitos absorvedores nessas frequências. Por exemplo, usando composto ε-Fe 2 O 3 nanopós será possível fazer tintas que absorvem ondas eletromagnéticas e, assim, protegem as salas de sinais estranhos, e proteger os sinais de interceptação de fora. O ε-Fe 2 O 3 em si também pode ser usado em dispositivos de recepção 6G.
O óxido de ferro épsilon é uma forma de óxido de ferro extremamente rara e difícil de se obter. Hoje, é produzido em quantidades muito pequenas, com o próprio processo levando até um mês. Esse, claro, exclui sua aplicação generalizada. Os autores do estudo desenvolveram um método para síntese acelerada de óxido de ferro épsilon capaz de reduzir o tempo de síntese para um dia (ou seja, para realizar um ciclo completo de mais de 30 vezes mais rápido!) e aumentando a quantidade do produto resultante. A técnica é simples de reproduzir, barato e pode ser facilmente implementado na indústria, e os materiais necessários para a síntese - ferro e silício - estão entre os elementos mais abundantes na Terra.
"Embora a fase de óxido de ferro épsilon tenha sido obtida na forma pura há relativamente muito tempo, em 2004, ainda não encontrou aplicação industrial devido à complexidade de sua síntese, por exemplo, como meio de gravação magnética. Conseguimos simplificar consideravelmente a tecnologia, "diz Evgeny Gorbachev, um Ph.D. estudante do Departamento de Ciências dos Materiais da Universidade Estadual de Moscou e o primeiro autor do trabalho.
A chave para a aplicação bem-sucedida de materiais com características recordes é a pesquisa sobre suas propriedades físicas fundamentais. Sem um estudo aprofundado, o material pode ser esquecido sem merecimento por muitos anos, como já aconteceu mais de uma vez na história da ciência. Foi o conjunto de cientistas de materiais da Universidade Estadual de Moscou, quem sintetizou o composto, e físicos do MIPT, que estudou em detalhes, que tornou o desenvolvimento um sucesso.
"Materiais com essas altas frequências de ressonância ferromagnética têm um enorme potencial para aplicações práticas. Hoje, a tecnologia terahertz está crescendo:é a Internet das Coisas, são comunicações ultrarrápidas, são dispositivos científicos mais restritos, e é a tecnologia médica da próxima geração. Enquanto o padrão 5G, que foi muito popular no ano passado, opera em frequências na casa das dezenas de gigahertz, nossos materiais estão abrindo a porta para frequências significativamente mais altas (centenas de gigahertz), o que significa que já estamos lidando com os padrões 6G e superiores. Agora cabe aos engenheiros, estamos felizes em compartilhar as informações com eles e esperamos poder segurar um telefone 6G em nossas mãos, "diz a Dra. Liudmila Alyabyeva, Ph.D., pesquisador sênior do Laboratório de Espectroscopia Terahertz do MIPT, onde a pesquisa terahertz foi realizada.
