Тип публикации: статья из журнала
Год издания: 2024
Идентификатор DOI: 10.31857/S0015323024040068
Ключевые слова: superparamagnetism, relaxation, ferrihydrite, суперпарамагнетизм, релаксация, ферригидрит
Аннотация: Рассмотрено влияние межчастичных взаимодействий в ансамблях ультрамалых наночастиц на суперпарамагнитную релаксацию на примере наночастиц оксигидроксида железа Fe2O3nH2O (ферригидрита). Исследованы два образца: ферригидрит биогенного происхождения (средний размер частиц <d> ~ 2.7 нм) с естественной органической оболочкой частиц и образец, прошедший низкотемпературный отжиг (<d> ~ 3.5 нм), в ходе которого органическая оболочка частично удалялась. Были измерены dc - и ac-магнитные восприимчивости (х‘( T), Х‘‘( T)) в малом магнитном поле в области суперпарамагнитной (СПМ) блокировки наночастиц. Обнаружено, что увеличение межчастичных взаимодействий приводит к росту температуры СПМ-блокировки от 28 К до 52 К по данным dc-намагниченности. Показано, что ниже температуры СПМ-блокировки магнитные взаимодействия наночастиц приводят к формированию коллективного состояния, подобного спиновому стеклу в объемных материалах. С помощью скейлингового подхода выявлено, что происходит замедление динамики скоррелированных магнитных моментов на поверхности частиц при увеличении межчастичных взаимодействий. Моделирование зависимости х‘‘(T) показало, что диссипация магнитной энергии происходит в две стадии. Первая из них связана непосредственно с блокировкой магнитного момента наночастиц, а вторая отражает спин-стекольное поведение поверхностных спинов, а также сильно зависит от силы межчастичных взаимодействий. The paper examines the impact of interparticle interactions on the superparamagnetic relaxation of ultrasmall nanoparticle ensembles, using Fe2O3-nH2O iron oxyhydroxide (ferrihydrite) nanoparticles as an example. Two samples were analyzed: femhydnte of biogenic origin (with an average particle size of d ~ 2.7 nm) with a natural organic shell, and a sample (with d ~ 3.5 nm) that underwent low-temperature annealing, during which the organic shell was partially removed. The DC and AC magnetic susceptibilities (x'( T), X‘‘( T)) in a small magnetic field in the superparamagnetic (SPM) blocking region of the nanoparticles were measured. The results show that an increase in interparticle interactions leads to an increase in the SPM blocking temperature from 28 to 52 K according to DC magnetization data. It is shown that below the SPM blocking temperature, magnetic interactions of nanoparticles lead to the formation of a collective state similar to spin glass in bulk materials. The scaling approach reveals that the dynamics of correlated magnetic moments on the particle surface slow down with increasing interparticle interactions. Simulation of x"( T) dependence has shown that the dissipation of magnetic energy occurs in two stages. The first stage is directly related to the blocking of the magnetic moment of nanoparticles, while the second stage reflects the spin-glass behavior of surface spins and strongly depends on the strength of interparticle interactions.
Журнал: Физика металлов и металловедение
Выпуск журнала: Т. 125, № 4
Номера страниц: 420-429
ISSN журнала: 00153230
Место издания: Екатеринбург
Издатель: Российская академия наук, Уральское отделение РАН, Институт физики металлов им. М.Н. Михеева УрО РАН