Суперпарамагнетизм

Для суперпарамагнетиков полная намагниченность, возникающая при достаточном для насыщения магнитном поле, после снятия поля релаксирует до нуля по закону

M = M_se^-t/τ

где τ - время релаксации. В то же время характерное время релаксации может быть рассчитано по формуле

а высота активационного барьера ΔЕ в простейшем виде определяется магнитокристаллической анизотропией наночастиц:

где К - константа одноосной анизотропии в заданном направлении, θ - угол между магнитным моментом и заданным направлением, V - объем магнитной частицы.

Частотный фактор f ₀ имеет смысл частоты разворота магнит­ного момента наночастицы и зависит от величины и анизотропии магнитного поля, объема ячейки и т.д. Обычно значение^ составляет от 10⁹до 10¹³ с ^-1. Время релаксации τ определяется размером магнитных частиц. Так, для f ₀ = 10⁹ с"¹, К = 10⁶ эрг/см³, Т= 300 К время релаксации частицы с радиусом R = 5,7 нм состав­ляет 0,1 с, а для частицы радиусом 7,3 нм время релаксации возрастает до 10⁸ с. В связи с этим измерения температурной зависимости магнитной восприим­чивости и времени релаксации остаточной намагниченности часто используют для оценки среднего размера частиц и распределения частиц по размерам.

При магнитные моменты частиц не успевают релаксировать за изменением магнитного поля - блокируются, суперпарамагнитное состояние не обнаруживается. Температура блокировки:

При магнитный момент частицы успевает релаксировать за время измерения, а магнитная восприимчивость падает с ростом Т по закону Кюри: .

Магнитные исследования суперпара­магнитных частиц могут быть исполь­зованы для нахождения распределения частиц по размерам. Средний размер частиц можно оценить, исходя из температуры блокировки. Экспериментально температуру блокировки определяюткак точку расхождения кривых температурной зависимости магнитной восприимчивости в режиме охлаждения в нулевом поле (zero-field-cooled, ZFC) и охлаждения в ненулевом поле (field-cooled, FC). На рис. 7 представлен типичный вид температурной зависимости магнитной восприимчивости в режимах ZFC и FC для наночастиц кобальта в матрице полистирола/трифенилфосфина. Видно, что при измерении намагниченности в области низких температур в режиме FC магнитные моменты наночастиц выстраиваются вдоль внешнего поля, тогда как в случае нагревания образца, предварительно охлажденного в нулевом поле (ZFC), магнитные моменты остаются блокированными вплоть до температуры Т_В=25К, при которой эти кривые сходятся.

Рис. 7.

При рассмотрении магнитных свойств вещества в нанокристаллическом состоянии огромную роль играет энергия магнитной анизотропии, связанная с различием магнитных свойств системы в различных направлениях. Общая энергия анизотропии системы складывается из пяти составляющих: энергии магнитокристаллической анизотропии (анизотропии кристаллической решетки), морфологической анизотропии (анизотропии геометрической формы наноча­стиц), анизотропии механического напряжения, наведенной анизотропии (при действии магнитного поля) и обменной анизотропии. Для наночастиц наибольшее значение имеют энергии кристаллической и морфологической анизотропии.

Дата добавления: 2014-01-07