"Propriedades magnéticas, desordem de superfície e polarização por intercâmbio de nanopartículas magnéticas"

Abstract

Nanopartículas magnéticas do tipo núcleo/superfície à base de MnFe2O4@γ-Fe2O3 são quimicamente sintetizadas com diâmetros variando entre 3 e 9 nm e investigadas aqui em pó, dispersões diluídas e mais concentradas (entre 0,4 e 13,9 %). Visamos estudar os efeitos de desordem, anisotropia magnética, características intrínsecas, bem como os efeitos das interações nas propriedades de polarização por intercâmbio. A magnetodinâmica dos núcleos é sondada por medidas de Ressonância Ferromagnética (RFM), que apontam uma anisotropia magnética uniaxial das nanopartículas. Um modelo teórico descrevendo a resposta magneto-orientacional de um conjunto de partículas individuais é ajustado aos dados. Este confirma que a anisotropia magnética se escala com a superfície das Nanopartículas e permite quantificar a dependência térmica da magnetização. A magnetização total é medida em função da temperatura à 5T e em função do campo a 1,5 K em campos pulsados de até 52 T. A magnetização total é analisada somando-se as contribuições do núcleo e da superfície desordenada, que não satura, mesmo em campos altíssimos por causa da superfície desordenada. Experimentos de espectroscopia Mossbauer confirmam a existência de uma camada de superfície completamente desordenada de spins. Ciclos de Histerese FC, deslocados ao longo do campo, apresentam um campo de polarização por intercâmbio, associado ao acoplamento entre os spins do núcleo ordenado e os spins da camada superficial desordenada. Uma comparação entre dispersões congeladas e pós desordenados nos permitem distinguir a inuência das interações intra- e inter- partículas na polarização por intercâmbio. Efeitos coletivos interpartículas são bem mais dominantes na amostra em pó, enquanto uma polarização intra-partícula é observada no caso das dispersões congeladas, eventualmente diminuída por interações dipolares em frações volumétricas altas. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT

Magnetic core/shell Nanoparticles (NP's) chemically synthesized and based on MnFe2O4@ γ-Fe2O3, of diameter 3 to 9 nm, are probed either as powders or as liquid dispersions from 0,4 up to 13,9%. We focus mainly on magnetization, surface disorder, magnetic anisotropy and Exchange Bias (EB) properties. Magnetodynamics of the cores is probed by FerroMagnetic Resonance (RFM) measurements, pointing out the NP's uniaxial magnetic anisotropy. A theoretical model describing the magneto-orientational response of an ensemble of individual NP's is adjusted to the data confirming that the magnetic anisotropy scales with NP's surface and allowing to quantify the thermal dependence of the NP's core magnetization. The thermal and field dependences of total magnetization are measured at 5T as a function of temperature and at 1.5 K in a pulsed field experiment up to 52T. The total magnetization, analyzed as the sum of a contribution of the core and one from the disordered surface, does not saturate even though at very high fields because of the disordered surface. In-field M ossbauer spectroscopy confirms the existence of a surface layer of completely disordered spins. FC hysteresis loops, shifted along the field, show an EB associated to the coupling between the spins of the core and the misaligned spins of the surface shell. A comparison between frozen dispersions and disordered powders allows us to distinguish the inuence of intra- and interparticle interactions on the exchange bias. Interparticle collective effects dominate in the powder while an intra-particle exchange bias, eventually hindered by dipolar interactions at large volume fraction, is observed in frozen dispersions. _______________________________________________________________________________________ RÉSUMÉ

Nanoparticules magnétiques de type cceur-coquille basées sur MnFe2O4@-γ Fe2O3 sont synthétisés chimiquement avec des diamètres de 3 à 9 nm sont investiguées ici soit en poudre, en dispersions diluées et plus concentrées ( entre 0,4 et 13,9 %). Nous envisageons étudier les effets de désordre, d'anisotropie magnétique, les caractéristiques intrinsèques, ainsi que les effets d'interaction des propriétés de couplage d'échange. La magnétodynamique du cceur est sondée par des mesures de la Résonance Ferromagnétique (RFM), qui indiquent une anisotropie magnétique uniaxiale des nanoparticules. Un modèle théorique qui dècrit la réponse magnéto-orientationnel d'un ensemble de particules individuelles est ajusté aux données. Cela confirme que l'anisotropie magnétique s' échelle avec la surface des nanoparticules et permet utilisée de quantifier la dépendance thermique de l'aimantation. L'aimantation totale est mesurée en fonction de la température à 5T et en fonction du champ à 1,5 K dans des champs pulsés jusqu' à 52 T. L'aimantation totale est analysée en sommant les contributions du coeur et de la surface désordonnée, ce qui ne sature pas, méme à très hautes champs à cause de la surface désordonnée. Expériences Mössbauer confirment l'existence d'une couche de surface de spins complètement désordonnés. Cycles d'hystérésis FC se décalent au long du champ, montrent un champ de couplage d'échange relié aux spins du couer et de la couche superficiel désordonnée. Une comparaison entre les dispersions gelées et poudres désordonnés nous permet de distinguer l'inuence des interactions intraet inter-particules dans le couplage d'échange . Effets collectifs entre particules sont beaucoup plus impotants dans l'échantillon de poudre tandis que une couplage intraparticules est observée dans le cas des dispersions gelés, éventuellement diminué à cause, des interactions dipolaires dans les fractions volumiques plus élevés.