Critérios de saturação e acoplamento de troca em nanopartículas bimagnéticas ultrapequenas

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.