Cientistas obtêm nanopó magnético para 6Tecnologia G
Newswise — 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, tanto para a próxima geração de dispositivos de comunicação 6G quanto para gravação magnética durável. O trabalho foi publicado no Journal of Materials Chemistry C, um periódico 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-Fe2O3). Outra modificação estável e comum é a maghemita (ou modificação gama, γ-Fe2O3). A primeira é amplamente utilizada na indústria como pigmento vermelho, e a segunda 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 vítreo. A fase mais atrativa é o óxido de ferro épsilon, ε-Fe2O3. Essa modificação possui uma força coercitiva extremamente alta (a capacidade do material de resistir a um campo magnético externo). A força atinge 20 kOe à temperatura ambiente, o que é comparável aos parâmetros de ímãs baseados em elementos de terras raras caros. 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 dessa ressonância é um dos critérios para o uso de materiais em dispositivos de comunicação sem fio – o padrão 4G usa megahertz e o 5G usa dezenas de gigahertz. Há planos para usar a faixa subterahertz como faixa de trabalho na tecnologia sem fio de sexta geração (6G), que está sendo preparada para introdução ativa em nossas vidas a partir do início da década de 2030. O material resultante é adequado para a produção de unidades conversoras ou circuitos absorvedores nessas frequências. Por exemplo, utilizando nanopós compostos de ε-Fe2O3, será possível fabricar tintas que absorvem ondas eletromagnéticas e, assim, protegem ambientes de sinais externos e os protegem da interceptação externa. O próprio ε-Fe2O3 também pode ser usado em dispositivos de recepção 6G. O óxido de ferro épsilon é uma forma extremamente rara e difícil de obter. Hoje, é produzido em quantidades muito pequenas, com o processo em si levando até um mês. Isso, é claro, exclui sua ampla aplicação. 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, realizar um ciclo completo mais de 30 vezes mais rápido!) e aumentar a quantidade do produto resultante. A técnica é simples de reproduzir, barata e pode ser facilmente implementada na indústria, e os materiais necessários para a síntese – ferro e silício – estão entre os elementos mais abundantes da Terra. "Embora a fase épsilon-óxido de ferro tenha sido obtida em sua forma pura há relativamente muito tempo, em 2004, ela ainda não encontrou aplicação industrial devido à complexidade de sua síntese, por exemplo, como meio para gravação magnética. Conseguimos simplificar consideravelmente a tecnologia", afirma Evgeny Gorbachev, doutorando no Departamento de Ciências dos Materiais da Universidade Estatal de Moscou e primeiro autor do trabalho. A chave para o sucesso da aplicação de materiais com características que quebram recordes é a pesquisa de suas propriedades físicas fundamentais. Sem um estudo aprofundado, o material pode ser injustamente esquecido por muitos anos, como já aconteceu mais de uma vez na história da ciência. Foi a parceria entre cientistas de materiais da Universidade Estatal de Moscou, que sintetizaram o composto, e físicos do Instituto de Tecnologia de Moscou (MIPT), que o estudaram em detalhes, que tornou o desenvolvimento um sucesso.
Horário da publicação: 04/07/2022 