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Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.unb.br/handle/10482/40721
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Title: Critérios de saturação e acoplamento de troca em nanopartículas bimagnéticas ultrapequenas
Other Titles: Saturation criteria and exchange bias properties in ultra-small bimagnetic nanoparticles
Authors: Silva, Tatiane Quetly Muniz de Oliveira da
metadata.dc.contributor.email: tatianequetly87@gmail.com
Orientador(es):: Depeyrot, Jérôme
Assunto:: Nanopartículas magnéticas
Saturação magnética
Ferritas bimagnéticas
Desordem magnética
Partículas ultrapequenas
Issue Date: 29-Apr-2021
Citation: SILVA, Tatiane Quetly Muniz de Oliveira da. Critérios de saturação e acoplamento de troca em nanopartículas bimagnéticas ultrapequenas. 2020. 80 f., il. Tese (Doutorado em Física)—Universidade de Brasília, Brasília, 2020.
Abstract: Ferrofluidos baseados em nanopartículas magnéticas têm sido amplamente investigados devido às inúmeras possibilidades de aplicações que vão da biomedicina até a remoção de poluentes no meio ambiente, entre outros. Em consequência disso, as nanopartículas magnéticas são alvo de estudos em diversas áreas da ciência, que tem como objetivo melhorar as propriedades desse nanomateriais buscando meios de torná-los mais eficientes. A redução do tamanho à nanoescala e a quebra de simetria da rede no limite da partí- cula, produz uma estrutura com um núcleo ordenado magneticamente e uma casca de spins desordenados. Essa interface proporciona o aparecimento de efeitos de superfície interessantes como é o caso do acoplamento de troca, conhecido como Exchange bias (EB), que está relacionado à interação magnética entre spins nessa interface. Esse trabalho objetiva sintetizar nanopartículas com frações variáveis de núcleo e casca e investigar o efeito da espessura da camada de maguemita sobre o acoplamento de troca na interface da nanopartícula. Foram sintetizados fluidos magnéticos à base de nanopartículas de ferrita de cobalto via coprecipitação hidrotérmica, em que a modificação de alguns pa- râmetros permitiram o controle da espessura do shell. As análises da dosagem química obtidas por meio da técnica de AAS confirmaram a variação nas proporções de núcleo e casca das nanopartículas. A caracterização morfológica e estrutural se deu por meio das técnicas de Microscopia Eletrônica de Transmissão e Difração de Raios X (DRX), confirmando a formação de partículas com boa esfericidade e baixa polidispersão que apresentam estrutura cristalina tipo espinélio e com diâmetros cristalinos ∼ 4 nm. Por fim, foi realizada uma extensa caracterização magnética, utilizando diversos protocolos que permitiram sondar a anisotropia magnética e os efeitos oriundos do acoplamento de troca. Desses resultados podemos destacar dois que são muitos relevantes: o primeiro está relacionado com aumento do acoplamento de troca em função da variação da espessura da casca, mostrando assim que esse aumento do shell químico provoca um aumento da quantidade de spins na superfíce da partícula que tem consequência direta na intensidade do EB. Outro resultado significativo do aumento da camada de maguemita teve reflexo no aumento da coercividade, indicando assim que a intensidade do acoplamento de troca reverbera no campo de anisotropia do núcleo.
Abstract: Ferrofluids based on magnetic nanoparticles have been extensively investigated due to the numerous possibilities of applications ranging from biomedicine to the removal of pollutants in the environment, among others. As a result, magnetic nanoparticles are the target of studies in several areas of science, which aim to improve the properties of this nanomaterials, looking for ways to make them more efficient. Reducing the size at the nanoscale and breaking the symmetry of the lattice at the particle boundary produces a structure with a magnetically ordered nucleus and a shell with disordered spins. This interface provides the appearance of interesting surface effects such as the exchange coupling, known as Exchange bias (EB), which is related to the magnetic interaction between spins on this interface. This work aims to synthesize nanoparticles with variable fractions of core and shell and to investigate the effect of the thickness of the maghemite layer on the exchange coupling at the nanoparticle interface. Magnetic fluids were synthesized based on cobalt ferrite nanoparticles via hydrothermal coprecipitation, in which the modification of some parameters allowed the control of the shell thickness. Analyzes of chemical dosage obtained using the AAS technique confirmed the variation in the proportions of core and shell of the nanoparticles. The morphological and structural characterization are carried out by using the techniques of Transmission Electron Microscopy and X-Ray Diffraction (XRD), confirming the formation of particles with good sphericity and low polydispersity that present spinel-like crystalline structure and crystalline diameters ∼ 4 nm. Finally, an extensive magnetic characterization was performed, using several protocols that allowed to probe the magnetic anisotropy and the effects arising from the exchange coupling. Of these results, we can highlight two that are very relevant: the first is related to an increase in the exchange coupling due to the variation in the thickness of the shell, thus showing that this increase in the chemical shell causes an increase in the amount of spins on the surface of the particle that has direct consequence in the intensity of the EB. Another significant result of the increase in the maghemite layer was reflected in the increase in coercivity, thus indicating that the intensity of the exchange coupling reverberates in the anisotropy field of the nucleus.
Description: Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Física, Programa de Pós-Graduação em Física, 2020.
Licença:: A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.
Agência financiadora: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).
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