Тип публикации: статья из журнала
Год издания: 2024
Идентификатор DOI: 10.61011/FTT.2024.11.59327.284
Ключевые слова: nanoferrihydrite, Magnetic interparticle interactions, magnetization, НАНОФЕРРИГИДРИТ, магнитные межчастичные взаимодействия, намагниченность
Аннотация: В работе исследованы температурные зависимости намагниченности M(T) двух порошковых систем наночастиц ферригидрита с идентичными размерами частиц ферригидрита (средний размер частиц ~ 2.7 nm) и различной интенсивностью магнитных межчастичных взаимодействий (ММВ). Помимо обычно наблюдаемого увеличения температуры суперпарамагнитной блокировки T B (от 17 K до 50 K), ММВ ярко проявляются при различных условиях и режимах термомагнитной предыстории. Обнаружено, что скорость предварительного охлаждения во внешнем магнитном поле (в использованном диапазоне 1-10 K/min) влияет на величину намагниченности системы при низкой температуре и форму зависимости M(T) в температурном интервале до T B. Это влияние значительно для достаточно слабых внешних полей (до ~ 300 Oe), а при увеличении поля до ~ 800 Oe скорость охлаждения становится уже несущественной для величины намагниченности. При этом, для диапазона внешних полей до ~ 300 Oe, зависимости M(T), получаемые во время охлаждения во внешнем поле и при отогревании образца в поле (после предварительного охлаждения), различаются. Для системы наночастиц ферригидрита, в которой ММВ ослаблены, указанные эффекты отсутствуют. Анализ полученных результатов позволил предложить следующий сценарий реализации обнаруженных термомагнитных эффектов. При наличии ММВ (в области температур ниже T B), основное состояние структуры магнитных моментов частиц μ P такое, что векторы μ P соседствующих частиц стремятся ориентироваться преимущественно друг против друга (антиколлинеарно). Это происходит при относительно "медленном" охлаждении системы (1 K/min), а при "быстром" охлаждении (10 K/min), т. е. "закалке" во внешнем поле, векторы μ P остаются преимущественно направленными "по полю", как и в области температур суперпарамагнитного состояния (при T > T B). Интервал магнитных полей, в которых наблюдаются описанные эффекты, определяется конкуренцией энергии ММВ и зеемановской энергией μ P· H. The temperature dependences of the magnetization M(T) of two powder systems of ferrihydrite nanoparticles with identical sizes of ferrihydrite particles (average particle size is ≈ 2.7 nm) and different intensities of magnetic interparticle interactions (MIPI) were studied. In addition to the commonly observed increase in the superparamagnetic blocking temperature TB (from 17 K to 50 K), MIPIs clearly manifest themselves under different conditions and regimes of thermomagnetic prehistory. It was found that the rate of pre-cooling in an external magnetic field (in the used range of 1-10 K/min) affects the magnitude of the magnetization of the system at low temperatures and the shape of the M(T) dependence in the temperature range up to TB. This effect is significant for fairly weak external fields (up to ~ 300 Oe), and when the field increases to ~ 800 Oe, the cooling rate becomes insignificant for the magnitude of magnetization. In this case, for the range of external fields up to ~ 300 Oe, the M(T) dependences obtained during cooling in an external field and when heating the sample in the field (after pre-cooling) are different. For a system of ferrihydrite nanoparticles, in which the MIPIs are weakened, these effects are absent. Analysis of the results obtained allowed us to propose the following scenario for the implementation of the detected thermomagnetic effects. In the presence of MIPIs (in the temperature range below TB), the basic state of the structure of the magnetic moments of particles P is such that the vectors P of neighboring particles tend to be oriented predominantly against each other (anticollinearly). This takes place upon relatively “slow” cooling of the system (1 K/min), but upon “fast” cooling (10 K/min), i.e. “hardening” in an external field, the P vectors remain predominantly directed “along the field”, as in the temperature region of the superparamagnetic state (at T > TB). The range of magnetic fields in which the described effects are observed is determined by the competition between the MIPI energy and the Zeeman energy P•H.
Журнал: Физика твердого тела
Выпуск журнала: Т. 66, № 11
Номера страниц: 1912-1919
ISSN журнала: 03673294
Место издания: Санкт-Петербург
Издатель: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук