Propriedades magnéticas de memória e envelhecimento, exchange bias e treinamento de nanopartículas do tipo core-shell em regimes de interações dipolares fracas e fortes

Abstract

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.