Des scientifiques obtiennent une nanopoudre magnétique pour 6Technologie G
Newswise — Des scientifiques spécialistes des matériaux ont mis au point une méthode rapide de production d'oxyde de fer epsilon et ont démontré son potentiel pour les dispositifs de communication de nouvelle génération. Ses propriétés magnétiques exceptionnelles en font l'un des matériaux les plus recherchés, notamment pour la prochaine génération d'appareils de communication 6G et pour l'enregistrement magnétique durable. Ces travaux ont été publiés dans le Journal of Materials Chemistry C, une revue 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 (ou oxyde de fer alpha, α-Fe2O3). Une autre modification stable et courante est la maghémite (ou modification gamma, γ-Fe2O3). La première est largement utilisée dans l'industrie comme pigment rouge, et la seconde comme support d'enregistrement magnétique. Les deux modifications diffèrent non seulement par leur structure cristalline (l'oxyde de fer alpha présente une syngonie hexagonale et l'oxyde de fer gamma une syngonie cubique), mais aussi par leurs propriétés magnétiques. Outre ces formes d'oxyde de fer (III), il existe des modifications plus exotiques telles que les formes epsilon, bêta, zêta et même vitreuses. La phase la plus attractive est l'oxyde de fer epsilon, ε-Fe2O3. Cette modification présente une force coercitive (capacité du matériau à résister à un champ magnétique externe) extrêmement élevée. Cette force atteint 20 kOe à température ambiante, un niveau comparable aux paramètres des aimants à base de terres rares onéreuses. De plus, le matériau absorbe le rayonnement électromagnétique dans la gamme de fréquences subtérahertz (100-300 GHz) grâce à la résonance ferromagnétique naturelle. La fréquence de cette résonance est l'un des critères d'utilisation des matériaux dans les dispositifs de communication sans fil : la norme 4G utilise des mégahertz et la 5G des dizaines de gigahertz. Il est prévu d'utiliser la gamme 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 est adapté à la production d'unités de conversion ou de circuits absorbants à ces fréquences. Par exemple, l'utilisation de nanopoudres composites d'ε-Fe2O3 permettra de fabriquer des peintures absorbant les ondes électromagnétiques, protégeant ainsi les locaux des signaux parasites et des interceptions extérieures. L'ε-Fe2O3 lui-même peut également être utilisé dans les dispositifs de réception 6G. L'oxyde de fer epsilon est une forme 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 à grande échelle. 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 une journée (soit un cycle complet plus de 30 fois plus rapide !) et d'augmenter la quantité de produit obtenu. Cette technique est simple à reproduire, peu coûteuse et facilement applicable industriellement. Les matériaux nécessaires à la synthèse – le fer et le silicium – comptent parmi les éléments les plus abondants sur Terre. « Bien que la phase d'oxyde de fer epsilon ait été obtenue à l'état pur il y a relativement longtemps, 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 », explique Evgeny Gorbachev, doctorant au Département des sciences des matériaux de l'Université d'État de Moscou et premier auteur de l'étude. La clé du succès de l'application de matériaux aux caractéristiques exceptionnelles réside dans la recherche de leurs propriétés physiques fondamentales. Sans étude approfondie, ce matériau risque d'être injustement oublié pendant de nombreuses années, comme cela s'est produit plus d'une fois dans l'histoire des sciences. C'est le tandem de scientifiques des matériaux de l'Université d'État de Moscou, qui ont synthétisé le composé, et de physiciens du MIPT, qui l'ont étudié en détail, qui a permis le succès de ce développement.
Date de publication : 04/07/2022 