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Título: Propriedades magnéticas de memória e envelhecimento, exchange bias e treinamento de nanopartículas do tipo core-shell em regimes de interações dipolares fracas e fortes
Título(s) alternativo(s): Magnetic properties of memory and aging, exchange bias and training of core-shell type in weak and strong dipolar interactions regimes nanoparticles
Autor(es): Leite, Rodolpho Carvalho
Orientador(es): Depeyrot, Jérôme
Assunto: Nanopartículas - propriedades magnéticas
Ferrofluido
Data de publicação: 15-Fev-2017
Data de defesa: 18-Out-2016
Referência: LEITE, Rodolpho Carvalho. Propriedades magnéticas de memória e envelhecimento, exchange bias e treinamento de nanopartículas do tipo core-shell em regimes de interações dipolares fracas e fortes. 2016. xxii, 175f., il. Tese (Doutorado em Física)—Universidade de Brasília, Brasília, 2016.
Resumo: Investigamos as propriedades magnéticas de nanopartículas core-shell (NPs-CS) ultrapequenas de CoFe2O4@γ-Fe2O3 com diâmetro médio de dRX = 2.7 nm em amostras de ferrofluido diluído e pó compacto. Utilizamos a abordagem proposta por Thamm e Hesse para definir os dois regimes de interações fracas, para amostra de ferrofluido diluído, e fortes, para amostra pó, presentes a 5 K. A energia de anisotropia magnética, nestes regimes, é sondada pela curva de primeira magnetização, dependência térmica do campo coercivo e curva ZFC-FCW. O congelamento dos spins de superfície em camada desordenada Spins-Glass-Like (SGL) é observado por um desvio da Lei de Bloch em baixas temperaturas que induz uma interface Ferrimagnética/Spins-Glass-Like (FI/SGL) nas NPs-CS. Em baixo campo constatamos a presença do efeito de memória magnética com protocolo de envelhecimento DC, atribuímos aos spins desordenados da superfície como a origem intrínseca do efeito de memória e potencializado pelo comportamento coletivo do estado de Superspins-Glass – SSG (vidros de superspins) da amostra na forma de pó. Os Resultados magnéticos evidenciam que as nanopartículas possuem um núcleo ferrimagnético revestido com uma superfície com spins congelados desordenadamente. Devido essa particularidade em sua formação magnética, quando o sistema é submetido ao congelamento com campo aplicado induz uma anisotropia unidirecional nas NPs-CS gerando um deslocamento do ciclo de histerese magnética, conhecido como Exchange Bias (HEX). O campo HEX é medido em função do campo de congelamento (Hcool), aumentando até um máximo ( MAX cool H ) de 12 kOe e diminuindo com aumento adicional de Hcool. Com MAX cool H encontramos um HEX de 42.3 kA/m para amostra pó e HEX de 18.5 kA/m para ferrofluido diluído da ordem da metade do campo de anisotropia. A presença de efeitos laços menores (minor loops) sobre as NPs-CS podem ser excluídos porque, para todos os ciclos de histerese, a magnetização de alto campo é bem reversível em uma grande variedade de campo. A análise da variação de HEX com número de ciclos (n) sucessivos após o processo de FC com MAX cool H , em tais sistemas de NPs-CS, revelaram uma diminuição no HEX apontando para a presença do chamado Efeito de Treinamento. Investigamos o Efeito de Treinamento em relação algumas características: regime de interações interpartículas fracas e fortes, relaxamento dos spins não compensados congelados e rodáveis na interface FI/SGL, influência da temperatura e envelhecimento. Os dados experimentais foram ajustados com o modelo Binek, com o qual conseguimos extrair o parâmetro γ que nos fornece informações da dinâmica não linear do acoplamento entre as interfaces. O modelo Zheng et al. para observar o vertical Shift (deslocamento vertical) atribuído pelo alinhamento dos spins congelados com campo de congelamento e por fim o modelo de Radu et al. que considera um cenário misto de contribuições, para o efeito de treinamento, de origem nas componentes de spins não compensados congelados e rodáveis na interface. Em suma, as análises feitas nesta Tese confirmam a presença do Efeito de Treinamento em ferrofluidos, ainda se demonstrou que as interações interpartículas, temperatura e envelhecimento influenciam na intensidade do fenômeno.
Abstract: We investigated the magnetic properties of ultrasmall core-shell nanoparticles (NPs-CS) CoFe2O4@γ-Fe2O3 with mean diameter dRX = 2.7 nm in samples diluted ferrofluid and compact powder. We used the approach proposed by Thamm and Hesse to define the two interactions regimes. Weak for diluted ferrofluid sample and strong for powder sample present at 5 K. The magnetic anisotropy energy in these interaction regimes, is probed by the first magnetization curve, temperature dependence of the coercive field and ZFC-FCW curve. The freezing of surface spins in disordered layer Spin-Glass-Like (SGL) is observed by a deviation from Bloch's law at low temperatures, that induces an ferrimagnetic/spin-glass-like (FI/SGL) interface in NPs-CS. At Lowest field we investigate the effect of magnetic memory with DC aging protocol, attribute to the shell as the intrinsic origin of memory effect and potentiated by the collective behavior of the state of Superspins-Glass (SSG) of the sample in powder. Magnetic results show that nanomaterials have a ferrimagnetic core coated with a surface with spins frozen disorderly (SGL). Due to this peculiarity in its magnetic forming, when the system is subjected to freezing with applied field induces a unidirectional anisotropy in NPs that generates a displacement of the magnetic hysteresis loop, known as the exchange bias (HEX). The HEX field is measured according to the freezing field (Hcool). It increases up to a maximum ( M A X c o o l H ) of 12 kOe and decreases with further increase in Hcool, with M A X c o o l H we found HEX 42.3 kA/m to powder sample and HEX 18.5 kA/m to dilute ferrofluid, of the order of half the anisotropy field. The presence of minor loops effects on NPs-CS investigated can be excluded, because for all hysteresis loops, the high magnetizing field is reversible and in a wide variety of field. The analysis of HEX variation with number of successive cycles (n) after the FC process with M A X c o o l H , in such systems NPs-CS, revealed a decrease in the HEX pointing out the presence of training effect. Investigated in relation some characteristics: regime of weak and strong interactions interparticle, relaxation of spins uncompensated frozen and rotatable in FI/SGL interface, influence of temperature and aging. The experimental data were adjusted with the Binek model, with which we can extract the γ parameter that provides information on the dynamic non-linear coupling between the interfaces. The model Zheng et al. to observe the vertical shift attributed by the alignment of frozen spins with cooling field and finally the model Radu et al. considering a mixed picture of contributions for the purpose of training effect, origin in the spin components uncompensated frozen and rotatable in the interface. In summary, the analyzes made in this thesis confirm the presence of the Training Effect in ferrofluids, it was still demonstrated that interactions interparticle, temperature and aging influence the intensity of the phenomenon.
Informações adicionais: Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Física, Programa de Pós-Graduação em Física, 2016.
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