Ilmuwan mendapatkan nanopowder magnetik untuk teknologi 6G

Ilmuwan material telah mengembangkan metode cepat untuk memproduksi oksida besi epsilon dan menunjukkan janjinya untuk perangkat komunikasi generasi berikutnya. Sifat magnetiknya yang luar biasa menjadikannya salah satu bahan yang paling didambakan, seperti untuk perangkat komunikasi generasi 6G yang akan datang dan untuk perekaman magnetik yang tahan lama. Karya tersebut diterbitkan dalam Journal of Materials Chemistry C , sebuah jurnal dari Royal Society of Chemistry.

Oksida besi (III) adalah salah satu oksida yang paling tersebar luas di Bumi. Hal ini sebagian besar ditemukan sebagai hematit mineral (atau alfa besi oksida , -Fe 2 O 3 ). Modifikasi lain yang stabil dan umum adalah maghemite (atau modifikasi gamma, -Fe 2 O 3 ). Yang pertama banyak digunakan dalam industri sebagai pigmen merah, dan yang terakhir sebagai media perekam magnetik. Kedua modifikasi tersebut berbeda tidak hanya dalam struktur kristalnya ( alfa-besi oksida memiliki singoni heksagonal dan gamma-besi oksida memiliki singoni kubik) tetapi juga dalam sifat magnetik.

Selain bentuk-bentuk oksida besi (III), ada modifikasi yang lebih eksotis seperti epsilon-, beta-, zeta-, dan bahkan kaca. Fasa yang paling menarik adalah epsilon besi oksida, -Fe 2 O 3 . Modifikasi ini memiliki gaya koersif yang sangat tinggi (kemampuan material untuk menahan medan magnet luar). Kekuatannya mencapai 20 kOe pada suhu kamar, yang sebanding dengan parameter magnet berdasarkan elemen tanah jarang yang mahal. Selanjutnya, material menyerap radiasi elektromagnetik dalam rentang frekuensi sub-terahertz (100-300 GHz) melalui efek resonansi feromagnetik alami. Frekuensi resonansi tersebut merupakan salah satu kriteria penggunaan material pada perangkat komunikasi nirkabel—standar 4G menggunakan megahertz dan 5G menggunakan puluhan dari gigahertz. Ada rencana untuk menggunakan rangkaian sub-terahertz sebagai rangkaian kerja dalam teknologi nirkabel generasi keenam (6G) , yang sedang dipersiapkan untuk diperkenalkan secara aktif dalam kehidupan kita sejak awal 2030-an.

Bahan yang dihasilkan cocok untuk produksi unit konversi atau sirkuit penyerap pada frekuensi ini. Misalnya, dengan menggunakan nanopowder komposit -Fe 2 O 3 akan memungkinkan untuk membuat cat yang menyerap gelombang elektromagnetik dan dengan demikian melindungi ruangan dari sinyal asing, dan melindungi sinyal dari intersepsi dari luar. ε-Fe 2 O 3 itu sendiri juga dapat digunakan di perangkat penerima 6G.

Oksida besi epsilon adalah bentuk oksida besi yang sangat langka dan sulit diperoleh. Saat ini, diproduksi dalam jumlah yang sangat kecil, dengan prosesnya sendiri memakan waktu hingga satu bulan. Ini, tentu saja, mengesampingkan penerapannya secara luas. Penulis penelitian mengembangkan metode untuk mempercepat sintesis epsilon besi oksida yang mampu mengurangi waktu sintesis menjadi satu hari (yaitu, melakukan siklus penuh lebih dari 30 kali lebih cepat!) dan meningkatkan kuantitas produk yang dihasilkan . Teknik ini sederhana untuk direproduksi, murah dan dapat dengan mudah diterapkan di industri, dan bahan yang dibutuhkan untuk sintesis—besi dan silikon—adalah salah satu elemen paling melimpah di Bumi.

“Meskipun fase epsilon- besi oksida diperoleh dalam bentuk murni relatif lama, pada tahun 2004, masih belum ditemukan aplikasi industri karena kompleksitas sintesisnya, misalnya sebagai media untuk perekaman magnetik. Kami telah berhasil menyederhanakannya. teknologinya secara signifikan,” kata Evgeny Gorbachev, seorang Ph.D. mahasiswa di Departemen Ilmu Material di Universitas Negeri Moskow dan penulis pertama karya tersebut.

Kunci keberhasilan penerapan material dengan karakteristik pemecah rekor adalah penelitian tentang sifat fisik fundamentalnya. Tanpa studi mendalam, materi tersebut mungkin akan dilupakan selama bertahun-tahun, seperti yang telah terjadi lebih dari sekali dalam sejarah sains. Itu adalah tandem ilmuwan material di Universitas Negeri Moskow, yang mensintesis senyawa itu, dan fisikawan di MIPT, yang mempelajarinya secara rinci, yang membuat pengembangan itu sukses.

“Material dengan frekuensi resonansi feromagnetik yang tinggi memiliki potensi yang sangat besar untuk aplikasi praktis. Saat ini, teknologi terahertz sedang booming: ini adalah Internet of Things, ini adalah komunikasi ultra-cepat, ini adalah perangkat ilmiah yang lebih terfokus secara sempit, dan merupakan generasi berikutnya teknologi medis Sementara standar 5G, yang sangat populer tahun lalu, beroperasi pada frekuensi puluhan gigahertz, materi kami membuka pintu ke frekuensi yang jauh lebih tinggi (ratusan gigahertz), yang berarti bahwa kami sudah berurusan dengan standar 6G dan lebih tinggi. Sekarang terserah para insinyur, kami senang berbagi informasi dengan mereka dan berharap dapat memegang telepon 6G di tangan kami,” kata Dr. Liudmila Alyabyeva, Ph.D., peneliti senior di MIPT Laboratorium Spektroskopi Terahertz,dimana penelitian terahertz dilakukan.


Sumber