Μελέτη της μαγνητικής συμπεριφοράς νανοσωματιδίων με μορφολογία σιδηρομαγνητικού πυρήνα αντισιδηρομαγνητικού φλοιού

Τα τελευταία χρόνια υπάρχει εκτεταμένη πειραματική και θεωρητική μελέτη στην περιοχή των νανοσωματιδίων διότι βρίσκουν εφαρμογές σαν μέσα μαγνητικής εγγραφής και αποθήκευσης πληροφοριών και πιο πρόσφατα στην ιατρική. Στόχος των ερευνών είναι να κατασκευαστούν όσο το δυνατό μικρότερα σε μέγεθος νανοσωματίδια, στα οποία όμως οι μαγνητικές ιδιότητες να είναι σταθερές σε θερμοκρασία δωματίου, δηλαδή με μεγάλη ανισοτροπία. Τα σύνθετα νανοσωματίδια με μορφολογία σιδηρομαγνητικού πυρήνα/αντισιδηρομαγνητικού φλοιού εμφανίζουν μία επιπλέον ανισοτροπία, την ανισοτροπία ανταλλαγής η οποία τα καθιστά θερμικά σταθερά σε μικρό μέγεθος. Στην παρούσα εργασία χρησιμοποιήθηκε η τεχνική Metropolis Monte Carlo για την μελέτη της μαγνητικής συμπεριφοράς νανοσωματιδίων με μορφολογία πυρήνα/φλοιού τα οποία εμφανίζουν την ανισοτροπία ανταλλαγής. Η τεχνική αυτή έχει το πλεονέκτημα ότι μπορεί να περιλάβει στους υπολογισμούς τις λεπτομέρειες της μικροδομής του συστήματος και την θερμοκρασία. Στόχος της εργασίας μας ήταν με την ανάπτυξη κατάλληλου θεωρητικού μοντέλου να μελετηθεί ο μηχανισμός που προκαλεί την εμφάνιση της ανισοτροπίας ανταλλαγής και οι παράγοντες που επηρεάζουν τόσο την εμφάνιση της όσο και την ισχύ της. Βρήκαμε ότι η ανισοτροπία ανταλλαγής η οποία επάγεται από την αλληλεπίδραση ανταλλαγής κατά μήκος της σιδηρομαγνητική/αντισιδηρομαγνητική διεπιφάνειας οφείλεται στην ύπαρξη μη αντισταθμισμένων μαγνητικών ροπών στην διεπιφάνεια μεταξύ σιδηρομαγνητικού πυρήνα του νανοσωματιδίου και αντισιδηρομαγνητικού φλοιού και οι παράγοντες που επηρεάζουν το μέγεθος της είναι α) το πάχος του φλοιού, έχουμε εμφάνιση της μετά το δεύτερο στρώμα αντισιδηρομαγνητικού φλοιού, β) το μέγεθος της σταθεράς ανταλλαγής στην διεπιφάνεια και λιγότερο στον φλοιό που ενισχύουν το φαινόμενο, γ) το και το είδος της ανισοτροπίας στον φλοιό, είναι πιο έντονη για ανισοτροπία z-άξονα στο φλοιό και δ) από το μέγεθος της ανισοτροπίας της διεπιφάνειας. Ένα άλλο φαινόμενο που συνδέεται με την εμφάνιση της ανισοτροπίας ανταλλαγής είναι η κάθετη μετατόπιση. Δηλαδή η ασσυμετρία του βρόχου υστέρησης των σύνθετων νανοσωματιδίων με μορφολογία πυρήνα φλοιού στον κάθετο άξονα της μαγνήτισης. Οι υπολογισμοί μας έδειξαν ότι σε αντίθεση με την ανισοτροπία ανταλλαγής η κάθετη μετατόπιση οφείλεται στην ύπαρξη του συνολικού αριθμού των μη αντισταθμισμένων μαγνητικών ροπών του φλοιού και όχι μόνο της διεπιφάνειας. Οι υπολογισμοί μας συγκρίθηκαν με πρόσφατα πειραματικά αποτελέσματα, και βρέθηκαν σε πολύ καλή συμφωνία. Επιβεβαιώνοντας ότι οι ανταγωνιστικές αλληλεπιδράσεις που οφείλονται στην ύπαρξη ανταγωνιστικών αλληλεπιδράσεων ανταλλαγής σε σύνθετα νανοσωματίδια με μορφολογία σιδηρομαγνητικού πυρήνα/αντισιδηρομαγνητικού φλοιού είναι υπεύθυνες για τη μεταβολή των μαγνητικών τους ιδιοτήτων σε σχέση με αυτές των σιδηρομαγνητικών νανοσωματιδίων.