علماء يحصلون على مسحوق نانوي مغناطيسي لمدة 6تكنولوجيا جي
نيوزوايز - طوّر علماء المواد طريقة سريعة لإنتاج أكسيد حديد إبسيلون، وأثبتوا فعاليته في أجهزة الاتصالات من الجيل التالي. خصائصه المغناطيسية المتميزة تجعله من أكثر المواد طلبًا، سواءً لأجهزة الاتصالات من الجيل السادس (6G) القادمة أو للتسجيل المغناطيسي المتين. نُشر هذا العمل في مجلة "كيمياء المواد ج"، وهي مجلة تابعة للجمعية الملكية للكيمياء. يُعد أكسيد الحديد الثلاثي (III) من أكثر الأكاسيد انتشارًا على الأرض. ويوجد غالبًا في معدن الهيماتيت (أو أكسيد الحديد ألفا، α-Fe2O3). ومن التعديلات المستقرة والشائعة الأخرى الماغيميت (أو تعديل غاما، γ-Fe2O3). ويُستخدم الأول على نطاق واسع في الصناعة كصبغة حمراء، بينما يُستخدم الثاني كوسيط للتسجيل المغناطيسي. يختلف التعديلان ليس فقط في البنية البلورية (أكسيد الحديد ألفا له تراكيب سداسية وأكسيد الحديد غاما له تراكيب مكعبة)، بل أيضًا في الخواص المغناطيسية. بالإضافة إلى هذه الأشكال من أكسيد الحديد (III)، توجد تعديلات أكثر غرابة، مثل إبسيلون، وبيتا، وزيتا، وحتى الزجاجي. أكثرها جاذبية هو أكسيد حديد إبسيلون، ε-Fe2O3. يتميز هذا التعديل بقوة إجبارية عالية جدًا (قدرة المادة على مقاومة المجال المغناطيسي الخارجي). تصل قوته إلى 20 كيلو أومكافئ عند درجة حرارة الغرفة، وهي قوة تُضاهي معايير المغناطيسات القائمة على عناصر أرضية نادرة باهظة الثمن. علاوة على ذلك، تمتص المادة الإشعاع الكهرومغناطيسي في نطاق ترددات دون تيراهرتز (100-300 جيجاهرتز) من خلال تأثير الرنين المغناطيسي الحديدي الطبيعي. يُعد تردد هذا الرنين أحد معايير استخدام المواد في أجهزة الاتصالات اللاسلكية - حيث يستخدم معيار الجيل الرابع (4G) ترددات ميغاهرتز، بينما يستخدم الجيل الخامس (5G) عشرات الجيجاهرتز. هناك خطط لاستخدام نطاق الترددات دون تيراهرتز كنطاق عمل في تقنية الجيل السادس اللاسلكية (6G)، والتي يتم إعدادها للإدخال النشط في حياتنا اعتبارًا من أوائل ثلاثينيات القرن الحادي والعشرين. المادة الناتجة مناسبة لإنتاج وحدات تحويل أو دوائر امتصاص عند هذه الترددات. على سبيل المثال، باستخدام مساحيق نانوية مركبة من ε-Fe2O3، يُمكن صنع دهانات تمتص الموجات الكهرومغناطيسية، وبالتالي تحمي الغرف من الإشارات الخارجية، وتحمي الإشارات من الاعتراض الخارجي. كما يُمكن استخدام ε-Fe2O3 نفسه في أجهزة استقبال الجيل السادس. يُعد أكسيد حديد إبسيلون شكلاً نادرًا للغاية من أكسيد الحديد ويصعب الحصول عليه. يُنتج اليوم بكميات صغيرة جدًا، حيث تستغرق العملية نفسها ما يصل إلى شهر. وهذا، بالطبع، يُستبعد استخدامه على نطاق واسع. طوّر مؤلفو الدراسة طريقةً لتسريع تخليق أكسيد حديد إبسيلون، قادرة على تقليص وقت التخليق إلى يوم واحد (أي إتمام دورة كاملة أسرع بأكثر من 30 مرة!) وزيادة كمية المنتج الناتج. هذه التقنية سهلة الاستنساخ، ورخيصة الثمن، ويمكن تطبيقها بسهولة في الصناعة، والمواد اللازمة للتخليق - الحديد والسيليكون - من أكثر العناصر وفرةً على الأرض. على الرغم من أن طور أكسيد الحديد الإبسيلوني قد تم الحصول عليه نقيًا منذ فترة طويلة نسبيًا، في عام ٢٠٠٤، إلا أنه لم يُكتشف بعدُ تطبيق صناعي نظرًا لتعقيد تركيبه، على سبيل المثال كوسيلة للتسجيل المغناطيسي. لقد نجحنا في تبسيط هذه التقنية بشكل كبير، كما يقول يفغيني جورباتشوف، طالب دكتوراه في قسم علوم المواد بجامعة موسكو الحكومية والمؤلف الرئيسي للعمل. مفتاح التطبيق الناجح للمواد ذات الخصائص المذهلة يكمن في البحث في خصائصها الفيزيائية الأساسية. فبدون دراسة معمقة، قد تُنسى المادة لسنوات طويلة دون استحقاق، كما حدث مرارًا وتكرارًا في تاريخ العلم. وقد نجح هذا التطوير بفضل التعاون بين علماء المواد في جامعة موسكو الحكومية، الذين ساهموا في تركيب المركب، وفيزيائيي معهد موسكو للفيزياء والتكنولوجيا، الذين درسوه بدقة.
وقت النشر: 4 يوليو 2022 