Propriedades de exchange bias e congelamento de spins de superfície em nanopartículas magnéticas

Abstract

Nós apresentamos aqui medidas de magnetização realizadas a baixas temperaturas em nanocolóides magnéticos baseados em partículas de ferrita de manganês de tamanho 3.3 nm. Este nanocolóide foi obtido por uma estratégia química núcleo/superfície desenvolvida para a síntese de ferrofluidos. A dependência da temperatura das medidas de magnetização nos permitiu separar duas contribuições. Uma associada ao núcleo bem ordenado, com uma dependência da temperatura que segue a lei efetiva de Block e outra relacionada a superfície de spins congelados em uma estrutura desordenada como a de um vidro de spin. Após resfriar a amostra em alto campo observou-se um deslocamento no ciclo de histerese, o que indica a existência de um acoplamento entre o núcleo ferrimagnético ordenado e a superfície de camada desordenada. O deslocamento no ciclo de histerese nos permite avaliar o campo de exchange, determinado pelo deslocamento do campo da origem e está aumentando com o campo aplicado usado no processo de resfriamento. Diferentemente, medidas de magnetização na dependência da temperatura para diferentes magnitudes de campos aplicados indicam uma contribuição adicional dos spins desordenados para a magnetização em baixas temperaturas. Além disso, foi possível determinar para cada magnitude de campo aplicado uma temperatura de congelamento, na qual a superfície é congelada em uma estrutura como a de um vidro de spins. A variação da temperatura de congelamento Tf com o campo aplicado, indica neste caso um aumento no acoplamento núcleo/superfície com o campo aplicado _________________________________________________________________________________________ ABSTRACT

We present here magnetization measurements performed at low temperatures on magnetic nanocolloids based on 3.3 nm sized particles of manganese ferrite. This nanocolloid was obtained by a chemical core/shell strategy developed for the synthesis of ferro uids. Temperature dependence of the magnetization measurements allowed us to separate two contributions. One associated to the well ordered core, with a temperature dependence which follows an eective Bloch law and the other related to surface spins frozen in a disordered spin glass like structure. After cooling the sample in a high eld we observer a shift on the hysteresis loops, which indicates the existence of a coupling between the ferrimagnetic ordered core and the disordered surface layer. The shift on the hysteresis loop allow us to evaluated the exchange bias eld, determined from the eld oset from the origin, and is increasing as the applied eld used in cooling process. Otherwise measurements of temperature dependence of magnetization for different magnitudes of applied field indicate an additional contribution to the magnetization of the disordered spins to low temperatures. Moreover it was possible to determine for each applied field magnitude a freezing temperature, in which the surface is frozen in a spin glass like structure. The variation of the freezing temperature Tf with the applied field, indicates in this case an increasing in the coupling core/shell with the applied field.