Редкий оксид железа спекся в нанокерамику

Ученые из МФТИ и МГУ научились создавать нанокерамику из редкой модификации оксида железа III и изучили ее магнитные свойства. Она показала уникальную устойчивость к размагничиванию и хорошо поглощала электромагнитные волны крайне высоких частот. Благодаря этим свойствам материал можно применять в медицинской диагностике, современных сверхбыстрых телекоммуникационных системах и для детектирования электромагнитных волн. Исследование опубликовано в журнале Materials Horizons. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант № 21-79-10184).

Кристаллический оксид железа III (Fe₂O₃) может находиться в одной из четырех фаз, которые отличаются структурой и, как следствие, магнитными, термодинамическими и механическими свойствами. Эпсилон-фаза оксида железа обладает огромной коэрцитивной силой — ее трудно размагнитить внешним полем. Это свойство приближает эпсилон-оскид железа к редкоземельным магнитам, которые являются рекордсменами по магнитотвердости и применяются в авиационной и компьютерной технике. Этот материал безопасен для человека и хорошо поглощает терагерцовые частоты (что в тысячу раз выше СВЧ в наших микроволновках), а значит, материал можно использовать в высокоскоростной телекоммуникации и медицинской диагностике.

Однако в чистом виде его трудно и дорого синтезировать: требуются дорогие реагенты, а сам эпсилон-оксид может трансфомироваться в более устойчивый альфа-оксид железа. Впервые материал выделили токийские ученые в 2004 году, несмотря на то, что фаза известна с 1930-х годов. Процесс синтеза с тех пор не сильно изменился и может занимать несколько недель. В 2021 году научная группа ученых из МФТИ и МГУ придумала, как его сократить до нескольких часов. Они научились получать наночастицы эпсилон-оксида железа размерами от 7 до 30 нанометров, стабильные при комнатной температуре. Но для практического применения отдельные наночастицы не подходят, нужно создавать нанокерамику — цельный твердый материал, состоящий из многих наночастиц. Из нее можно вырезать нужных размеров фрагменты, чтобы затем использовать их в магнитных устройствах.