Des scientifiques obtiennent une nanopoudre magnétique pour la technologie 6G

Les scientifiques des matériaux ont développé une méthode rapide pour produire de l’oxyde de fer epsilon et ont démontré sa promesse pour les appareils de communication de nouvelle génération. Ses propriétés magnétiques exceptionnelles en font l’un des matériaux les plus convoités, notamment pour la prochaine génération d’appareils de communication 6G et pour l’enregistrement magnétique durable. L’ouvrage a été publié dans le Journal de la chimie des matériaux C, un journal de la Royal Society of Chemistry.

L’oxyde de fer (III) est l’un des oxydes les plus répandus sur Terre. On le trouve principalement sous forme d’hématite minérale (ou oxyde de fer alpha, α-Fe₂O₃). Une autre modification stable et courante est la maghémite (ou modification gamma, γ-Fe₂O₃). Le premier est largement utilisé dans l’industrie comme pigment rouge et le second comme support d’enregistrement magnétique. Les deux modifications diffèrent non seulement par la structure cristalline (l’oxyde de fer alpha a une syngonie hexagonale et l’oxyde de fer gamma a une syngonie cubique) mais aussi par les propriétés magnétiques.

En plus de ces formes d’oxyde de fer (III), il existe des modifications plus exotiques telles que epsilon-, bêta-, zêta- et même vitreux. La phase la plus attractive est l’oxyde de fer epsilon, -Fe₂O₃. Cette modification a une force coercitive extrêmement élevée (la capacité du matériau à résister à un champ magnétique externe). La force atteint 20 kOe à température ambiante, ce qui est comparable aux paramètres des aimants basés sur des éléments de terres rares coûteux. De plus, le matériau absorbe le rayonnement électromagnétique dans la gamme de fréquences sub-térahertz (100-300 GHz) par l’effet de la résonance ferromagnétique naturelle. La fréquence d’une telle résonance est l’un des critères d’utilisation des matériaux dans les appareils de communication sans fil, la 4G. la norme utilise des mégahertz et la 5G utilise des dizaines de gigahertz. Il est prévu d’utiliser la plage sub-térahertz comme plage de travail dans la technologie sans fil de sixième génération (6G), qui est en cours de préparation pour une introduction active dans nos vies à partir du début des années 2030.

Le matériau obtenu convient à la réalisation d’unités de conversion ou de circuits absorbeurs à ces fréquences. Par exemple, en utilisant le composite ε-Fe₂O₃ nanopoudres, il sera possible de fabriquer des peintures qui absorbent les ondes électromagnétiques et protègent ainsi les pièces des signaux parasites, et protègent les signaux des interceptions de l’extérieur. Le -Fe₂O₃ lui-même peut également être utilisé dans les appareils de réception 6G.

L’oxyde de fer Epsilon est une forme d’oxyde de fer extrêmement rare et difficile à obtenir. Aujourd’hui, il est produit en très petites quantités, le processus lui-même prenant jusqu’à un mois. Ceci, bien sûr, exclut son application généralisée. Les auteurs de l’étude ont développé une méthode de synthèse accélérée de l’oxyde de fer epsilon capable de réduire le temps de synthèse à un jour (c’est-à-dire d’effectuer un cycle complet de plus de 30 fois plus rapide !) et d’augmenter la quantité du produit obtenu. . La technique est simple à reproduire, bon marché et peut être facilement mise en œuvre dans l’industrie, et les matériaux nécessaires à la synthèse, le fer et le silicium, sont parmi les éléments les plus abondants sur Terre.

« Bien que la phase epsilon-oxyde de fer ait été obtenue il y a relativement longtemps sous forme pure, en 2004, elle n’a toujours pas trouvé d’application industrielle en raison de la complexité de sa synthèse, par exemple comme support d’enregistrement magnétique. Nous avons réussi à simplifier considérablement la technologie », déclare Evgeny Gorbachev, un Ph.D. étudiant au Département des sciences des matériaux de l’Université d’État de Moscou et premier auteur de l’ouvrage.

La clé d’une application réussie de matériaux aux caractéristiques record est la recherche de leurs propriétés physiques fondamentales. Sans une étude approfondie, la matière peut être oubliée injustement pendant de nombreuses années, comme cela s’est produit plus d’une fois dans l’histoire de la science. C’est le tandem de scientifiques des matériaux de l’Université d’État de Moscou, qui a synthétisé le composé, et de physiciens du MIPT, qui l’ont étudié en détail, qui a fait du développement un succès.

« Les matériaux avec des fréquences de résonance ferromagnétique aussi élevées ont un potentiel énorme pour des applications pratiques. Aujourd’hui, la technologie térahertz est en plein essor : c’est l’Internet des objets, ce sont des communications ultra-rapides, ce sont des dispositifs scientifiques plus étroitement ciblés et c’est la prochaine génération la technologie médicale.Alors que la norme 5G, très populaire l’année dernière, fonctionne à des fréquences de l’ordre de plusieurs dizaines de gigahertz, nos matériaux ouvrent la porte à des fréquences nettement plus élevées (des centaines de gigahertz), ce qui signifie que nous avons déjà affaire à des normes 6G. et plus haut. Maintenant, c’est aux ingénieurs, nous sommes heureux de partager les informations avec eux et nous sommes impatients de pouvoir tenir un téléphone 6G entre nos mains », déclare le Dr Liudmila Alyabyeva, Ph.D., chercheur principal au MIPT Laboratoire de spectroscopie térahertz, où les recherches térahertz ont été effectuées.

Fourni par l’Institut de physique et de technologie de Moscou (MIPT)