科学者らが6年間で磁性ナノ粉末を入手Gテクノロジー
ニュース速報 — 材料科学者たちは、イプシロン酸化鉄を迅速に製造する方法を開発し、次世代通信機器への応用可能性を実証しました。その優れた磁気特性により、イプシロン酸化鉄は、次世代の6G通信機器や耐久性の高い磁気記録装置など、最も注目される材料の一つとなっています。この研究は、英国王立化学協会のジャーナルであるJournal of Materials Chemistry Cに掲載されました。 酸化鉄(III)は、地球上で最も広く存在する酸化物の一つです。主にヘマタイト（またはアルファ酸化鉄、α-Fe₂O₃）という鉱物として存在します。もう一つの安定的で一般的な変態はマグヘマイト（またはガンマ変態、γ-Fe₂O₃）です。前者は赤色顔料として、後者は磁気記録媒体として広く産業用途で使用されています。この二つの変態は、結晶構造（アルファ酸化鉄は六方晶系、ガンマ酸化鉄は立方晶系）だけでなく、磁気特性も異なります。 これらの形態の酸化鉄（III）に加えて、イプシロン型、ベータ型、ゼータ型、さらにはガラス状など、より特殊な形態も存在します。最も魅力的な相はイプシロン型酸化鉄（ε-Fe2O3）です。この形態は非常に高い保磁力（外部磁場に抵抗する材料の能力）を有します。その強度は室温で20 kOeに達し、高価な希土類元素をベースとした磁石のパラメータに匹敵します。さらに、この材料は、自然な強磁性共鳴効果により、サブテラヘルツ周波数範囲（100～300 GHz）の電磁放射を吸収します。この共鳴周波数は、無線通信デバイスにおける材料の使用基準の一つであり、4G規格ではメガヘルツ、5Gでは数十ギガヘルツが使用されています。 2030年代初頭から私たちの生活に積極的に導入される準備が進められている第6世代（6G）無線技術では、サブテラヘルツ領域を動作範囲として使用する計画があります。 得られた材料は、これらの周波数における変換ユニットや吸収回路の製造に適しています。例えば、複合ε-Fe2O3ナノ粉末を用いることで、電磁波を吸収する塗料を作製し、室内を外来信号から遮蔽し、外部からの信号傍受を防ぐことができます。ε-Fe2O3自体も6G受信装置に使用できます。 イプシロン型酸化鉄は極めて希少で入手困難な酸化鉄です。現在、ごく少量しか生産されておらず、製造工程自体にも最大1ヶ月かかります。そのため、当然ながら、広く応用することはできません。本研究の著者らは、イプシロン型酸化鉄の加速合成法を開発しました。この方法では、合成時間を1日に短縮（つまり、サイクル全体を30倍以上高速化）し、得られる生成物の量を増やすことができます。この技術は再現性が高く、コストも低く、産業界への導入も容易です。また、合成に必要な材料である鉄とケイ素は、地球上で最も豊富な元素の一つです。 「イプシロン鉄酸化物相は2004年という比較的以前から純粋な形で得られていましたが、合成の複雑さから、例えば磁気記録媒体など、産業用途への応用は未だ見つかっていません。私たちは技術を大幅に簡素化することに成功しました」と、モスクワ国立大学材料科学科の博士課程学生で、本研究の筆頭著者であるエフゲニー・ゴルバチョフ氏は述べています。 記録破りの特性を持つ材料の応用を成功させる鍵は、その基本的な物理的特性の研究です。徹底的な研究がなければ、その材料は長年忘れ去られてしまう可能性があり、これは科学の歴史において何度も繰り返されてきました。この化合物を合成したモスクワ国立大学の材料科学者と、それを詳細に研究したMIPTの物理学者の協力によって、この開発は成功しました。
投稿日時: 2022年7月4日 