La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

Le pareti di Bloch Al di sotto di una temperatura critica, T C, alcuni materiali possiedono una magnetizzazione spontanea (ferro- e ferrimagnetismo). Questi.

Presentazioni simili


Presentazione sul tema: "Le pareti di Bloch Al di sotto di una temperatura critica, T C, alcuni materiali possiedono una magnetizzazione spontanea (ferro- e ferrimagnetismo). Questi."— Transcript della presentazione:

1 Le pareti di Bloch Al di sotto di una temperatura critica, T C, alcuni materiali possiedono una magnetizzazione spontanea (ferro- e ferrimagnetismo). Questi materiali per minimizzare la propria energia totale assumono una struttura a domini, vale a dire si suddividono in regioni di diversa forma e dimensione allinterno delle quali gli spin sono tutti allineati tra loro. Lorientazione degli spin è diversa nei vari domini. Bloch wall I domini sono separati da regioni dove lorientazione degli spin varia gradualmente, le pareti di Bloch. La larghezza delle pareti dipende dallanisotropia magnetica e dallenergia di scambio = A/K Per i materiali più comuni le dimensioni delle pareti di Bloch sono dellordine di nm. A = energia di scambio K = costante di anisotropia magnetica M rimanente Coercitività

2 = 100 nm Particelle a Singolo Dominio Quando il diametro d < la formazione di domini non è più energeticamente favorita; tutti gli spin sono accoppiati tra loro (E di scambio è costante). La magnetizzazione M della particella cambia orientazione tramite la rotazione coerente di tutti gli spin. Superparamagnetismo: Tipici valori di d sono: Fe 15 nm Co 70 nm Ni 55 nm NdFeB 100 nm

3 Lanisotropia magnetica zLa magnetizzazione di un ferromagnete tende a giacere lungo certi assi cristallografici, detti assi facili zLenergia di anisotropia cristallina, energia magnetocristallina, è il lavoro che si deve fare per orientare la magnetizzazione lungo un certo asse partendo dallasse facile Anisotropia magnetocristallina Anisotropia di forma (magnetostatica) Magnetostrizione Anisotropia di superficie Anisotropia di scambio Anisotropia indotta Contributi allanisotropia magnetica

4 Anisotropia magnetica di una nanoparticella Tecnica di misura: MicroSQUID Laboratorio Louis Néel, Grenoble (FR) W. Wernsdorfer Nanoparticella di Co fcc K 1 =2.2×10 5 J/m 3, K 2 =0.9×10 5 J/m 3, K 4 =0.1×10 5 J/m 3 H C in diverse direzioni 1 nm Anisotropia Cubica (bulk) 0.1×10 5 J/m 3 Anisotropia forma: ×10 5 J/m 3 Anisotropia superficie

5 Energy barrier E=k A V k A = anisotropy constant, V = particle volume Modello di Stoner-Wolhfarth: = 100 nm E Linversione di M avviene tramite la rotazione coerente di tutti gli spin della particella. Lanisotropia magnetica totale è uniassiale E ( ) =k A V sin 2 ( ) k A = anisotropy constant, V = particle volume

6 E ( ) =k A V sin 2 ( ) -HM s Vcos ( ) Se un campo magnetico H viene applicato parallelamente allasse di facile magnetizzazione Energy barrier E=k A V (1-H/Ha) 2 Ha = 2K/M s campo di anisotropia

7 Modello Stoner-Wohlfarth per il rilassamento di particelle mono-dominio a T = 0 K K=costante di anisotropia, =angolo fra M ed asse facile, =angolo fra H ed asse facile Lorientazione della magnetizzazione è definita da E/ = 0 Il campo di inversione (switching field) è definito da 2 E/ 2 = 0 con H a =2K/ 0 M s = campo di anisotropia Stoner-Wohlfarth Astroid

8

9 Energy barrier E=k A V Modello di Stoner-Wolhfarth: effetto della temperatura = 0 exp( E/k B T) E Se E < kT la magnetizzazione può riorientarsi liberamente come in un paramagnete: regime superparamagnetico. Se E < kT il momento magnetico è bloccato. Temperatura di bloccaggio T B = E V/ ln ( m / o ) k B Competizione barriera magneticaenergia di attivazione termica T < T B Il momento della particella è bloccato T> T B Superparamagnetico Comportamento reversibile in H e T Hc=0 M(H, T) = funzione di Langevin m = tempo di misura 0 = s

10 T=300 K T=10 -9 s K 1 (kJm -3 ) Diametro (nm) Fe4.81 ns 2ns 13 s anni Co4101ns 0.6 s anni-- NdFeB49002nsanni

11 Processo di smagnetizzazione magnetostatico attivato termicamente Se T < T B Influenza della temperatura nel ciclo disteresi ln ( m / o ) k B T B = E(H C ) V = 0.5 (0.77)

12 a) rotazione coerente b) curling c) buckling La rotazione della magnetizzazione può avvenire anche con meccanismi diversi dalla rotazione coerente Il modo di inversione dipende dalla competizione tra energia di scambio (corto raggio, rotazione coerente) e energia magnetostatica (lungo raggio, modi incoerenti). Le dimensioni più piccole favoriscono quindi il modo coerente. In particelle di dimensioni superiori linversione può avvenire anche tramite nucleazione di pareti di dominio

13 Metodi sperimentali per la caratterizzazione di nanoparticelle magnetiche Ciclo di isteresi ZFC/FC Suscettività a.c. Studio delle barriere d'energia magnetica Studio dei processi d'interazione intergranulare nel regime superparamagnetico Dinamica del processo di demagnetizzazione e dalla loro relazione con la nanostruttura

14 Altri fattori che influenzano il comportamento magnetico Materiale massivo Scambio diretto Particelle separate Interazioni dipolari Interazioni interparticelle Per interazioni deboli il rilassamento può ancora essere descritto con una legge tipo Arrhenius modificata: = 0 exp(E/kBT) con L = funzione di Langevin, n 1 numero medio di vicini e a 1 dipende dalla distanza media tra particelle Per interazioni forti si ha correlazione tra il rilassamento di ciascuna particella. Presenza di disordine e cooperatività frustrazione e comportamento tipo spin-glass

15 Tempi caratteristici delle tecniche di caratterizzazione di materiali magnetici Magnetometria (t>100 s) Suscettometria ac (10 -5 – 1 s) NMR (10 -6 – s) Muon spin resonance (10 -6 – s) Mossbauer (10 -6 s) EPR ( s) UV-Vis ( s) Spettroscopia X-ray ( s)

16 Anisotropia di scambio ferromagnet antiferromagnet Movimento dei cicli d'isteresi FC Aumento della coercitività effettiva E T =E +K E cos è langolo tra lo spin e lasse facile Nuovo termine della barriera d'energia Trae origine dallinterazione di scambio allinterfaccia tra due sistemi, uno FM e laltro AF. Dipende dalla struttura atomica dellinterfaccia

17 Lo scambio FM/AF produce un aumento della coercitività (e quindi stabilizzazione della magnetizzazione) e lo spostamento del ciclo nella direzione del campo. Anisotropia di scambio in nanoparticelle Co core CoO shell V. Skumryev et al. Nature 423, 850, nm -4 2, B (T) µ 0 H c = 0.02 T µ 0 H eb = 0.92 T µ 0 H c = 0.59 T µ 0 H c = 0.39 T µ 0 H eb = 0.74 T µ 0 H c = 0.76 T 3 Cicli di isteresi a 4.2 K di particelle Co core CoO shell di 4 nm.in matrici differenti. articles embedded in different matrices dopo ZFC e FC in un campo di 5 T.

18 Altri fattori che influenzano il comportamento magnetico Effetti di superficie Proprietà magnetiche della superficie Struttura cristallina (epitassia, stress) Diminuzione del numero dei primi vicini Modificazione della struttura elettronica Mancano i vicini per stabilire lo scambio Sistemi scompensati Magnetismo frustrato: Comportamento spin glass ? Apparizione del momento magnetico in particelle formate da un materiale antiferromagnetico Aumento dellanisotropia

19 Contributo della superficie – linterazione con il materiale sostentante (matrice,substrato, capping) MT - Modifica della struttura elettronica In materiali non magnetici: il caso dellAu funzionalizzati con tioli P. Crespo et al, PRL 93 (2004) m(Au sup )=0.03 B m(Au sup )= B Hernando et al, PRL 93 (2004) Carmeli et al. J. Chem Phys 118 (2003) Il legame covalente fra Au-S produce una localizzazione della carica nel legame - Forte accoppiamento spin-orbita - Si originano momenti orbitali nella nanoparticella AuAu Nanoparticelle Film sottili


Scaricare ppt "Le pareti di Bloch Al di sotto di una temperatura critica, T C, alcuni materiali possiedono una magnetizzazione spontanea (ferro- e ferrimagnetismo). Questi."

Presentazioni simili


Annunci Google