استفاده از نانوپودر های مغناطیسی در فناوری 6G
دانشمندان مواد یک روش سریع برای تولید اکسید آهن اپسیلون (epsilon iron oxide) ایجاد کرده اند و وعده کارکرد آن را برای دستگاه های ارتباطی نسل بعدی نشان داده اند. خاصیت مغناطیسی برجسته آن باعث شده است که یکی از پرطرفدارترین مواد برای دستگاههای ارتباطی نسل آینده 6G و ضبط مغناطیسی (durable magnetic recording) با دوام باشد.
این مقاله در ژورنال Materials Chemistry C ، یکی از ژورنال های انجمن سلطنتی شیمی منتشر شده است.
اکسید آهن (III) یکی از اکسیدهای گسترده در کره زمین است. این ماده بیشتر به عنوان ماده معدنی هماتیت (یا اکسید آهن آلفا) یافت می شود و یکی دیگر از اصلاح های پایدار و رایج ماگمیت (یا اصلاح گاما) است. اولی به طور گسترده ای در صنعت به عنوان رنگدانه قرمز استفاده می شود و دومی به عنوان یک رسانه ضبط مغناطیسی است. این دو نه تنها از نظر ساختار بلوری (اکسید آلفا آهن دارای آرایش شش ضلعی و اکسید آهن گاما دارای آرایش مکعب است) بلکه از نظر خصوصیات مغناطیسی نیز با یکدیگر تفاوت دارند.
علاوه بر این اشکال اکسید آهن (III) ، مودیفیکیشن های عجیب و غریب بیشتری مانند epsilon- ، beta- ، zeta- و حتی شیشه ای وجود دارد. جذاب ترین فاز اکسید آهن اپسیلون ، ε-Fe2O3 است. این مودیفیکیشن دارای یک نیروی اجباری بسیار زیاد (توانایی مواد در مقاومت در برابر یک میدان مغناطیسی خارجی) است.
قدرت آن در دمای اتاق به 20 KOe می رسد که با پارامترهای آهن ربا بر اساس عناصر گران قیمت زمین کمیاب قابل مقایسه است. علاوه بر این ، این مواد، تابش الکترومغناطیسی را در دامنه فرکانس زیر تراهرتز (100-300 گیگاهرتز) از طریق اثر تشدید آهن مغناطیسی طبیعی جذب می کنند. فرکانسی با چنین تشدید یکی از معیارهای استفاده از مواد در دستگاه های ارتباطی بی سیم است ( 4G استاندارد از مگا هرتز و 5G از ده ها گیگا هرتز استفاده می کند.)
برنامه هایی برای استفاده از دامنه زیر تراهرتز به عنوان یک محدوده کاری در فناوری بی سیم نسل ششم (6G) وجود دارد که از اوایل دهه 2030 برای معرفی فعال در زندگی ما آماده می شود.
ماده بدست آمده، برای تولید واحدهای تبدیل کننده یا مدارهای جاذب در این فرکانس ها مناسب است. به عنوان مثال ، با استفاده از نانوپودرهای کامپوزیت ε-Fe2O3 می توان رنگهایی ساخت که امواج الکترومغناطیسی را جذب کرده و در نتیجه اتاقها را از سیگنالهای خارجی محافظت می کند ، و سیگنالها را از رهگیری از خارج محافظت می کند. از ε-Fe2O3 نیز می توان در دستگاه های پذیرش 6G نیز استفاده کرد.
اکسید آهن اپسیلون نوعی اکسید آهن بسیار نادر و دشوار است که می توان آن را بدست آورد. امروزه در مقادیر بسیار کمی تولید می شود که فرآیند آن یک ماه طول می کشد. این البته کاربرد گسترده آن را منتفی می داند. نویسندگان این مطالعه روشی را برای سنتز سریع اکسید آهن اپسیلون ایجاد کردند که قادر است زمان سنتز را به یک روز کاهش دهد (یعنی یک چرخه کامل بیش از 30 برابر سریعتر انجام دهد!) و مقدار محصول حاصل را افزایش دهد.
تکثیر این روش، ساده ، ارزان و به راحتی در صنعت قابل اجرا است و مواد مورد نیاز برای سنتز - آهن و سیلیکون - از فراوانترین عناصر روی زمین هستند.
"گرچه فاز اکسید آهن اپسیلون نسبتاً مدتها پیش به صورت خالص بدست آمده است ، سال 2004 ، هنوز به دلیل پیچیدگی سنتز آن ، کاربردهای صنعتی پیدا نکرده است ، به عنوان مثال به عنوان یک وسیله برای ضبط مغناطیسی. ما موفق به ساده سازی این فناوری به طور قابل توجهی شده ایم "، ایوجنی گورباچف ، دانشجوی دکترای گروه علوم مواد در دانشگاه دولتی مسکو و اولین نویسنده اثر.
کلید کاربرد موفقیت آمیز موادی با ویژگی های خارق العاده، تحقیق در مورد خصوصیات فیزیکی بنیادی آنهاست. بدون مطالعه عمیق ، ممکن است مطالب برای سالهای طولانی فراموش شود ، همانطور که بیش از یک بار در تاریخ علم اتفاق افتاده است. این دانشمندان مواد در دانشگاه دولتی مسکو بودند که این ترکیب را سنتز کردند و فیزیکدانان در MIPT که آن را با جزئیات مطالعه کردند ، باعث موفقیت در این پیشرفت شدند.
"موادی با چنین فرکانسهای تشدید فرومغناطیسی، پتانسیل بسیار زیادی برای کاربردهای عملی دارند. امروزه فناوری terahertz در حال رونق است: اینترنت اشیا، ارتباطات فوق العاده سریع، دستگاههای علمی با تمرکز باریک تر، نسل بعدی فناوری پزشکی. در حالی که استاندارد 5G ، که سال گذشته بسیار محبوب بود ، در فرکانس های ده گیگا هرتز کار می کند ، مواد ما در حال باز کردن فرکانس های بسیار بالاتر (صدها گیگا هرتز) هستند ، این بدان معنی است که ما در حال حاضر با استانداردهای 6G سر و کار داریم. اکنون کار به عهده مهندسان هستند ، ما خوشحالیم که می توانیم اطلاعات را با آنها در میان بگذاریم و منتظریم که بتوانیم یک تلفن 6G را در دست خود داشته باشیم." (دکتر لیودمیلا آلیابایوا ، Ph.D. ، محقق ارشد در MIPT آزمایشگاه طیف سنجی تراهرتز ، جایی که تحقیقات تراهرتز در آنجا انجام شد.)
