Ученые уже работают над 6G – создан магнитный порошок для преобразователей

Оксид железа (III) часто встречается в природе, но наиболее распространенными являются его альфа- и гамма-модификации. Гематит или альфа-оксид (α-Fe₂O₃) применяется как краситель, а гамма-оксид (γ-Fe₂O₃) или маггемит — в производстве магнитных носителей информации. Обе разновидности оксидов стабильны и имеют свою форму кристаллической решетки.

Другие модификации оксида железа встречаются гораздо реже, также их крайне сложно синтезировать.Среди них наибольшими перспективами для науки и промышленности обладает эпсилон-оксид железа (ε-Fe₂O₃), существующий только в наноформе. Его характеризует необычайно высокая сила сопротивления внешнему магнитному полю – практически как у магнитов из редкоземельных металлов. К тому же этот материал является диэлектриком и вследствие ферромагнитного резонанса поглощает электромагнитное излучение в суб-терагерцовом диапазоне (от 100 до 300 ГГц). Именно последнее свойство в будущем позволит задействовать его в разрабатываемом сейчас стандарте связи 6G.

Если в 4G используются мегагерцовые частоты, а в 5G — десятки гигагерц, то для 6G может быть задействован как раз суб-терагерцовый диапазон. Предполагается, что такая связь станет доступной уже в начале следующего десятилетия, и открытие ускоренного синтеза эпсилон-оксида железа напрямую способно повлиять на ее развитие.

Хотя этот оксид железа впервые получили еще в 2004 г., он практически не применялся из-за сложного и долгого синтеза. Однако теперь ученые из МГУ и МФТИ смогли ускорить процесс производства почти в 240 раз, получив при этом материал с наночастицами размером от 8 до 40 нм.

В процессе синтеза в «жидкое стекло» (тетраэтоксисилан) добавили нитрат железа и получили стекло с ионами железа Fe₃₊. Выяснилось, что отжиг этого стекла при температуре от 1000 до 1250 градусов ведет к возникновению в материале частиц эпсилон-оксида железа. Дело в том, что во время отжига образуются кристаллы тугоплавкого кристобалита (SiO2), которые замедляют рост частиц оксида железа.

Дополнительно физики-материаловеды смогли проследить взаимосвязь между размером наночастиц и частотой ферромагнитного резонанса (ФМР), которую удалось повысить с 160 до 170 ГГц. Ранее управление частотой ФМР было возможно только за счет легирования – добавления в металл примесей, улучшающих его свойства.

Полученный в результате исследований материал в перспективе может быть использован для изготовления как преобразователей, так и поглотителей суб-терагерцовых частот. Так, с одной стороны, Fe2O3 может содержаться в устройствах, принимающих сигнал 6G, с другой, на его основе можно изготовить краски, которые будут поглощать электромагнитные волны и предохранять окрашенную ими комнату от проникновения сигналов.