Made available in DSpace on 2015-03-03T15:16:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GustavoOGR_TESE.pdf: 4343698 bytes, checksum: a4b41d45bb34a903cd9f26e5972e84da (MD5) Previous issue date: 2010-02-26 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico / We report a theoretical investigation of the magnetic phases and hysteresis of exchange biased ferromagnetic (F) nanoelements for three di erent systems: exchange biased nanoparticles, exchange biased narrow ferromagnetic stripes and exchange biased thin ferromagnetic lms. In all cases the focus is on the new e ects produced by suitable patterns of the exchange energy coupling the ferromagnetic nanoelement with a large anisotropy antiferromagnetic (AF) substrate. We investigate the hysteresis of iron and permalloy nanoparticles with a square basis, with lateral dimensions between 45 nm and 120 nm and thickness between 12 nm and 21 nm. Interface bias is aimed at producing large domains in thin lms. Our results show that, contrary to intuition, the interface exchange coupling may generate vortex states along the hysteresis loop. Also, the threshold value of the interface eld strength for vortex nucleation is smaller for iron nanoelements. We investigate the nucleation and depinning of an array of domain walls pinned at interface defects of a vicinal stripe/AF bilayer. The interface exchange eld displays a periodic pattern corresponding to the topology of the AF vicinal substrate. The vicinal AF substrate consists of a sequence of terraces, each with spins from one AF subalattice, alternating one another. As a result the interface eld of neighboring terraces point in opposite direction, leading to the nucleation of a sequence of domain walls in the ferromagnetic stripe. We investigated iron an permalloy micrometric stripes, with width ranging from 100 nm and 300 nm and thickness of 5 nm. We focused in domain wall sequences with same chirality and alternate chirality. We have found that for 100nm terraces the same chiraility sequence is more stable, requiring a larger value of the external eld for depinning. The third system consists of an iron lm with a thickness of 5 nm, exchange coupled to an AF substrate with a periodic distribution of islands where the AF spins have the opposite direction of the spins in the background. This corresponds to a two-sublattice noncompensated AF plane (such as the surface of a (100) FeF2 lm), with monolayer-height islands containing spins of one sublattice on a surface containing spins of the opposite sublattice. The interface eld acting in the ferromagnetic spins over the islands points in the opposite direction of that in the spins over the background. This a model system for the investigation of interface roughness e ects. We have studied the coercicivity an exchange bias hysteresis shift as a function of the distance between the islands and the degree of interface roughness. We have found a relevant reduction of coercivity for nearly compensated interfaces. Also the e ective hysteresis shift is not proportional to the liquid moment of the AF plane. We also developed an analytical model which reproduces qualitatively the results of numerical simulations / Apresentamos neste trabalho uma investiga??o te?rica de fases magn?ticas e histereses de sistemas ferromagn?ticos (F) acoplado a um substrato antiferromagn?tico (AF), conhecido na literatura como sistema de Exchange Bias de tr?s diferentes sistemas: part?cula, fita e filme, acoplados a um substrato antiferromagn?tico altamente anisotr?pico. Estudamos histereses de nanopart?culas de ferro e permalloy com base quadrada, dimens?o lateral entre 45 nm e 120 nm e espessura entre 12 nm e 21 nm. O substrato AF ? normalmente usado para estabilizar magneticamente estes tipos de part?culas de modo que a mesma seja sempre monodom?nio, no entanto contr?rio a intui??o, o acoplamento com o substrato AF pode gerar estados magn?ticos tipo v?rtice na nanopat?culas ao longo da curva de magnetiza??o. Tamb?m identificamos que o valor do acoplamento de interface para a nuclea??o de v?rtice ? menor para nanoelementos de Ferro. Investigamos a nuclea??o e o campo de desprendimento de uma sequ?ncia de paredes de dom?nio geradas por defeitos de uma interface AF vicinal em uma bicamada F/AF. O acoplamento com a interface AF apresenta um campo de troca com a fita F que muda periodicamente ao longo da fita correspondendo a topologia de um substrato vicinal. O substrato AF vicinal consiste em uma sequ?ncia de terra?os, cada um com spins de diferentes subredes do AF alternadamente. Como resultado deste acoplamento de interface, temos terra?os na fita com magnetiza??o em dire??es opostas, isto pode gerar uma sequ?ncia de paredes de dom?nio ao longo da fita ferromagn?tica. Estudamos fitas microm?tricas de ferro e permalloy com largura entre 100 e 300 nan?metros e espessura de 5 nm. Neste trabalho enfatizamos em duas configura??es poss?veis de sequ?ncias de paredes de dom?nio: a primeira onde o ?ngulo entre os momentos magn?ticos ao longo da fita sempre aumenta, mesma quiralidade, e no caso da quiralidade alternada os ?ngulos aumentam e diminuem para cada parede periodicamente ao longo da fita. Encontramos que para terra?os de 100 nm a sequ?ncia de paredes com a mesma quiralidade ? mais est?vel, requerendo um maior campo magn?tico externo para desfazer esta configura??o das paredes. O terceiro sistema consiste de um filme de Ferro com espessura de 5 nm. Neste caso o acoplamento de interface com sinais opostos acontece devido ? presen?a de defeitos com altura de uma monocamada AF, formando ilhas onde o acoplamento F/AF apresenta-se oposto as regi?es subsequentes, estas ilhas se distribuem periodicamente ao longo de todo sistema. Este ? um modelo para estudar rugosidade em interface F/AF. Fizemos um estudo de coercividade e deslocamento de histerese como fun??o da dist?ncia entre as ilhas e do grau de rugosidade da interface AF. Observou-se uma relevante redu??o da coercividade ? medida que a exposi??o das duas subredes do AF se iguala. E o deslocamento da histerese ? proporcional ao acoplamento l?quido com o substrato AF. Foi desenvolvido um modelo anal?tico que reproduz qualitativamente os resultados num?ricos

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-12-19T11:40:49Z No. of bitstreams: 1 ivodealmeidamarques.pdf: 899153 bytes, checksum: 26d551a7e59dfc04b2c846957605025f (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-12-19T13:07:30Z (GMT) No. of bitstreams: 1 ivodealmeidamarques.pdf: 899153 bytes, checksum: 26d551a7e59dfc04b2c846957605025f (MD5) / Made available in DSpace on 2016-12-19T13:07:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ivodealmeidamarques.pdf: 899153 bytes, checksum: 26d551a7e59dfc04b2c846957605025f (MD5) Previous issue date: 2007-03-01 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nos últimos anos, o progresso da nanotecnologia permitiu a fabricação de amostras magnéticas na escala nanométrica, bem como a evolução de técnicas experimentais para medir suas propriedades. Verificou-se experimentalmente que o estado fundamental de um Nanodisco Magnético pode ser a configuração de Vórtice ou a configuração de domínio único, dependendo de parâmetros como raio e espessura do Nanodisco Magnético. Em escala nanométrica, o efeito de borda e a energia magnetostática tornam-se importantes, criando uma anisotropia de borda sobre os spins próximos a esta. Previsões teóricas indicam que o estado fundamental de um Nanodisco Magnético deve ser a configuração de domínio único. É importante enfatizar que tais previsões são baseadas em teorias que não levam em consideração a espessura da borda. No texto subseqüente analisamos, via simulações Monte Carlo, o efeito da espessura da borda sobre o estabelecimento do estado fundamental em Nanodiscos Magnéticos. Nossos resultados mostraram que a espessura da borda possui influência considerável sobre o estabelecimento do estado fundamental em tais sistemas. Analisamos também, via simulações Monte Carlo e Dinâmica de Spins, o efeito da inclusão de um buraco circular, no centro de um Nanodisco Magnético, sobre a configuração de Vórtice. Neste caso, nossos resultados mostraram que o buraco prende a configuração de Vórtice. Tal efeito pode ser usado para criar esquemas de chaveamento baseados no aprisionamento e soltura da configuração de Vórtice por buracos em Nanodiscos Magnéticos submetidos a campo externo. / In the last years, the progress of the nanotechnology allowed the production of magnetic samples with dimensions in the nanometric scale, as well as the evolution of experimental techniques to measure their properties. It was verified experimentally that the fundamental state of a Magnetic Nanodisk can be the Vortex configuration or the single domain configuration, depending on parameters as ray and thickness of Magnetic Nanodisk. In nanometric scale, the border effect and the magnetostatic energy become important, creating a border anisotropy on the close spins to the border. Theoretical forecasts indicate that the fundamental state of a Magnetic Nanodisk should be the single domain configuration. It is important to emphasize that such forecasts are based on theories that don't take into account the thickness of the border. In the subsequent text we analyzed, by Monte Carlo simulations, the effect of the thickness of the border on the establishment of the fundamental state in Magnetic Nanodisks. Our results showed that the thickness of the border possesses considerable influence on the establishment of the fundamental state in such systems. We also analyzed, by Monte Carlo simulations and Spin Dynamics, the effect of the inclusion of a circular hole, in the center of a Magnetic Nanodisk, about the Vortex configuration. In this case, our results showed that the hole pinning the Vortex configuration. Such effect might be used for switching schemes employing pinning and depinning of the Vortex configuration by holes in Magnetic Nanodisks submitted to external field.

Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2015-11-10T15:55:30Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2161122 bytes, checksum: e5f431c07c8bf11e4baf6184921d753d (MD5) / Made available in DSpace on 2015-11-10T15:55:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2161122 bytes, checksum: e5f431c07c8bf11e4baf6184921d753d (MD5) Previous issue date: 2014-03-18 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nesta tese s ̃o estudados efeitos termodinˆmicos e de defeitos estruturais nos materiais a a conhecidos como gelos de spin artificiais, por meio de simula ̧ ̃es computacionais em co redes quadradas. No caso da termodinˆmica, damos ˆnfase aos efeitos da temperatura a e sobre as excita ̧oes elementares: os monopolos magn ́ticos de Nambu e suas cordas. c ̃ e Usando t ́cnicas de Monte Carlo foram obtidas quˆntidades termodinˆmicas como calor e a a espec ́ ıfico, densidade de cargas e a separa ̧ ̃o m ́dia entre pares de carga como fun ̧ao ca e c ̃ da temperatura. Nossos c ́lculos mostram que o calor espec ́ a ıfico e a separa ̧ ̃o m ́dia ca e entre pares de cargas exibem, respectivamente, um pico acentuado e um m ́ximo global a e c ̃ na mesma temperatura Tc ≈ 7, 2 D/kB , em que D ́ a constante de intera ̧ao dipolar e kB a constante de Boltzmann. Analisando a dependˆncia dessas quantidades com o e tamanho do sistema verificamos um crescimento logar ́ ıtmico das amplitudes m ́ximas a ca e do calor espec ́ ıfico, Cmax , e da separa ̧ ̃o m ́dia entre pares, dmax , com o aumento do tamanho do sistema. Dessa forma, nossos resultados indicam que monopolos comple- tamente isolados seriam encontrados apenas no limite termodinˆmico. Entretanto, os a resultados tamb ́m sugerem que para temperaturas T ≥ Tc , o sistema exibe uma fase e a a com monopolos separados, apesar de dmax n ̃o ser maior que poucos parˆmetros de rede para sistemas reais. Na segunda parte desta tese, n ́s estudamos o caso em que a rede o ́ constru ́ com um defeito estrutural como, por exemplo, uma ilha deformada. Isto e ıda ́ feito considerando um arranjo quadrado de nanoilhas contendo apenas uma unica e ́ ilha diferente das demais. Esta diferen ̧a ́ incorporada no momento magn ́tico (spin) c e e da ilha defeituosa, sendo muitos casos estudados, inclusive o caso especial no qual a ilha est ́ ausente (vacˆncia). N ́s mostramos que sobre os v ́rtices adjacentes da na- a a o e noilha “malformada” existe um par de cargas magn ́ticas opostas. Tamb ́m obtivemos e e o potencial intera ̧ ̃o efetivo entre as excita ̧oes elementares (um par de monopolos de ca c ̃ Nambu e suas cordas) com a ilha defeituosa, sendo um problema envolvendo quatro cargas magn ́ticas (dois pares de polos opostos) e uma corda. / In this thesis, we study the thermodynamics and structural defects effects in artificial spin ice systems, by mean of computer simulations in square lattices. In the case of ther- modynamics, we give emphasis to the effects of temperature on elementary excitations: the Nambu magnetic monopoles and their strings. By using Monte Carlo techniques, we obtain the specific heat, the density of charges and the average separation of a pair of charges as a function of temperature. Our calculations show that the specific heat and average separation of a pair of charges exhibit a sharp peak and global maximum, respectively, at the same temperature Tc = 7, 2 D/kB , where D is the strength of the dipolar interaction and kB is the Boltzmann constant. Analysing the dependence of these quantities with the size of the system, we verify a logarithmic growth of the ma- ximum amplitude of the specific heat, Cmax and the avarege separation, dmax , with the increasing of system’s size. Then, our results suggest that completely isolated charges could be found only at thermodynamic limit. However, for temperatures T ≥ Tc the system exibits a phase with separated monopoles despite of the maximun separation, dmax , not exceed a few lattice spacings for viable artificial materials. In the second part of this thesis, we study the case where the lattice is building with a structural defect such as a defective island. This is done by considering a square array of islands containing only one island different from all others. This difference is incorporated in the magnetic moment (spin) of the “imperfect” island and several cases are studied, including the special situation in which this distinct spin is zero (vacancy). We show that the two extreme points of a defective island behave like two opposite magnetic charges. Then, the effective interaction between the elementary excitations (a pair of Nambu monopoles and their string) with the defective island is a problem involving four magnetic charges (two pairs of opposite poles) and a string.

Neste trabalho, pós magnéticos nanoestruturados de PrxFe94-xB6 (x = 6, 8, 10 e 12) foram preparados a partir da combinação do processo de hidrogenação, desproporção, dessorção e recombinação (HDDR) e moagem de alta energia entre uma liga em estado bruto de fusão (Pr14Fe80B6) e Fe-α em pó. As nanopartículas produzidas apresentaram propriedades magnéticas e microestruturais comparáveis aos estudos realizados em hipertermia. O tempo ideal para obtenção de nanopartículas magnéticas é de 5 horas (a 900 rpm). Foi constatado que quanto maior o tempo de moagem, maior o percentual de carbono nas partículas (0,05 - 3,43 % C). O carbono é proveniente do ácido oléico adicionado como surfactante na etapa de moagem. Os nanocompósitos obtidos exibiram forças coercivas entre 80 Oe (6,5 kAm-1) e 170 Oe (13,5 kAm-1), e momentos magnéticos variando entre 81 - 129 Am2kg-1. A partir da difração de raios X foram identificadas apenas duas fases em todas as amostras: Fe-α e a fase magnética Pr2Fe14B. Nanopartículas isoladas com diâmetro aproximado de 20nm foram analisadas. Todas as composições estudadas apresentaram aquecimento proveniente da exposição a um campo magnético alternado (f = 222 kHz e Hmax ~3,7 kAm-1) comparáveis aos reportados na literatura. As variações de temperaturas (ΔT) dos pós foram: 51 K referente à composição de Pr6Fe88B6, 41 K para Pr8Fe86B6, 38 K no composto com 10% at. Pr (Pr10Fe84B6) e 34 K em Pr12Fe82B6. As taxas de absorção específicas estimadas foram de 201 Wkg-1 para a composição Pr6Fe88B6, 158 Wkg-1 para a composição Pr8Fe86B6 e 114 Wkg-1 para as composições Pr10Fe84B6 e Pr12Fe82B6. / In this work, PrxFe94-xB6 (x = 6, 8, 10 and 12) nanostructured powders were prepared by a combination of hydrogenation, disproportionation, desorption and recombination (HDDR) process with high energy milling applied to the mixture of an as-cast alloy (Pr14Fe80B6) and α-Fe. The produced nanoparticles showed magnetic properties comparable to those reported in hyperthermia studies. The optimal time to obtain the magnetic nanoparticles is 5 hours (at 900 rpm). It was verified that longer milling times cause an increase in carbon percentage on the particles. The carbon is derived from oleic acid added as a surfactant in the milling step. The nanocomposites exhibit coercive force ranging from 80 Oe (6.5 kAm-1) to 170 Oe (13.5 kAm-1) and magnetic moments in the range of 81 129 Am2kg-1. From the x-ray diffraction analyses, only two phases were found in all samples: α-Fe and the magnetic phase Pr2Fe14B. Individual nanoparticles with diameter of about 20 nm were verified. The samples studied presented heating when exposed to an alternating magnetic field (f = 222 kHz e Hmax ~3.7 kAm-1) comparable to reported in literature. Temperature variations (ΔT) of the powders were: 51 K for Pr6Fe88B6, 41 K for Pr8Fe86B6, 38 K for Pr10Fe84B6 and T = 34 K for Pr12Fe82B6. The specific absorption rates (SARs) of the powders were 201 Wkg-1 for Pr6Fe88B6 composition, 158 Wkg-1 on the composition Pr8Fe86B6, and 114 Wkg-1 for Pr10Fe84B6 and Pr12Fe82B6 compositions.

Neste trabalho, pós magnéticos nanoestruturados de PrxFe94-xB6 (x = 6, 8, 10 e 12) foram preparados a partir da combinação do processo de hidrogenação, desproporção, dessorção e recombinação (HDDR) e moagem de alta energia entre uma liga em estado bruto de fusão (Pr14Fe80B6) e Fe-α em pó. As nanopartículas produzidas apresentaram propriedades magnéticas e microestruturais comparáveis aos estudos realizados em hipertermia. O tempo ideal para obtenção de nanopartículas magnéticas é de 5 horas (a 900 rpm). Foi constatado que quanto maior o tempo de moagem, maior o percentual de carbono nas partículas (0,05 - 3,43 % C). O carbono é proveniente do ácido oléico adicionado como surfactante na etapa de moagem. Os nanocompósitos obtidos exibiram forças coercivas entre 80 Oe (6,5 kAm-1) e 170 Oe (13,5 kAm-1), e momentos magnéticos variando entre 81 - 129 Am2kg-1. A partir da difração de raios X foram identificadas apenas duas fases em todas as amostras: Fe-α e a fase magnética Pr2Fe14B. Nanopartículas isoladas com diâmetro aproximado de 20nm foram analisadas. Todas as composições estudadas apresentaram aquecimento proveniente da exposição a um campo magnético alternado (f = 222 kHz e Hmax ~3,7 kAm-1) comparáveis aos reportados na literatura. As variações de temperaturas (ΔT) dos pós foram: 51 K referente à composição de Pr6Fe88B6, 41 K para Pr8Fe86B6, 38 K no composto com 10% at. Pr (Pr10Fe84B6) e 34 K em Pr12Fe82B6. As taxas de absorção específicas estimadas foram de 201 Wkg-1 para a composição Pr6Fe88B6, 158 Wkg-1 para a composição Pr8Fe86B6 e 114 Wkg-1 para as composições Pr10Fe84B6 e Pr12Fe82B6. / In this work, PrxFe94-xB6 (x = 6, 8, 10 and 12) nanostructured powders were prepared by a combination of hydrogenation, disproportionation, desorption and recombination (HDDR) process with high energy milling applied to the mixture of an as-cast alloy (Pr14Fe80B6) and α-Fe. The produced nanoparticles showed magnetic properties comparable to those reported in hyperthermia studies. The optimal time to obtain the magnetic nanoparticles is 5 hours (at 900 rpm). It was verified that longer milling times cause an increase in carbon percentage on the particles. The carbon is derived from oleic acid added as a surfactant in the milling step. The nanocomposites exhibit coercive force ranging from 80 Oe (6.5 kAm-1) to 170 Oe (13.5 kAm-1) and magnetic moments in the range of 81 129 Am2kg-1. From the x-ray diffraction analyses, only two phases were found in all samples: α-Fe and the magnetic phase Pr2Fe14B. Individual nanoparticles with diameter of about 20 nm were verified. The samples studied presented heating when exposed to an alternating magnetic field (f = 222 kHz e Hmax ~3.7 kAm-1) comparable to reported in literature. Temperature variations (ΔT) of the powders were: 51 K for Pr6Fe88B6, 41 K for Pr8Fe86B6, 38 K for Pr10Fe84B6 and T = 34 K for Pr12Fe82B6. The specific absorption rates (SARs) of the powders were 201 Wkg-1 for Pr6Fe88B6 composition, 158 Wkg-1 on the composition Pr8Fe86B6, and 114 Wkg-1 for Pr10Fe84B6 and Pr12Fe82B6 compositions.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6575.pdf: 5003630 bytes, checksum: dc2cd3948b12fce190bd5f14369b70aa (MD5) Previous issue date: 2015-03-04 / Financiadora de Estudos e Projetos / In this thesis were investigated the magnetic properties of magnetic nanowire arrays of Co and Ni electrodeposited in porous anodic alumina templates. The electrochemical method was employed in the manufacturing steps of templates and growth of nanowires. For the templates, the potentiostatic two step anodization process with gradual reduction of potential at the end of process was employed. The templates presented good regularity, and conductor channels at the pore bottom (dendritic region). The growth of Co and Ni nanowires in porous templates was performed by galvanostatic pulsed eletrodeposition. The samples were characterized morphologically and structurally by scanning electron microscopy and X-ray diffraction, respectivelly. For the sample with Co nanowires we obtained nanowires with 65 nm in diameter and 6 μm in length, with hcp hexagonal structure type. For Ni nanowires, samples with 65 nm and 80 nm of diameter and 6μm in length were obtained, presenting an fcc cubic structure type. The magnetic characterization was performed by vibrating sample magnetometry - SQUID, which were performed magnetic moment measurements as a function of magnetic field, temperature and the angle between the applied magnetic field and the main axis of the nanowires. The results showed the directions of easy magnetization axis, the contributions of different types of magnetic anisotropy and influences related to the morphology of the nanowires and the template. For Co nanowires, the shape anisotropy is the most relevant and the easy axis of magnetization is in the direction of the main axis of the nanowires. For the two samples with Ni nanowires, were determined 15º and 26º angles as the respective directions of magnetization easy axis. The effect of magnetoelastic anisotropy is more relevant in the case of Ni nanowires. For both systems (Co and Ni) was possible to verify the importance of morphological factors, in which the diameter and average separation of the nanowires play a key role, because they are directly related to inter-nanowire magnetostatic interaction. / Nesta tese de doutorado foram investigadas as propriedades magnéticas de redes de nanofios magnéticos de Co e Ni eletrodepositadas em templates de alumina anódica porosa. O método eletroquímico foi empregado nas etapas de fabricação das templates e crescimento dos nanofios. Para a fabricação das templates foi utilizado o método potenciostático de anodização em duas etapas com redução gradativa de potencial ao final do processo. Foram obtidas templates porosas com alta regularidade e canais condutores no fundo dos poros (dendritos). O crescimento dos nanofios de Co e Ni nas templates porosas foi realizado por eletrodeposição pulsada galvanostática. As amostras foram caracterizadas morfológica e estruturalmente por microscopia eletrônica de varredura e difração de raios-X. Para a amostra com nanofios de Co obtivemos nanofios com 65 nm de diâmetro e 6 μm de comprimento, com estrutura do tipo hexagonal hcp. Para os nanofios de Ni, foram obtidas amostras com diâmetros de nanofios de 65 nm e 80 nm, com 6 μm de comprimento e estrutura do tipo cúbica fcc. A caracterização magnética foi realizada por magnetometria de amostra vibrante SQUID, na qual foram realizadas medidas de momento magnético em função do campo magnético, temperatura e do ângulo entre o campo magnético e o eixo principal dos nanofios. Os resultados permitiram determinar as direções dos eixos de fácil magnetização, as contribuições dos diferentes tipos de anisotropia magnética e influências relacionadas à morfologia do sistema. Para os nanofios de Co, a anisotropia de forma é a mais relevante, e o eixo de fácil magnetização se encontra na direção do eixo principal dos nanofios. Para as duas amostras com nanofios de Ni, foram determinados os ângulos de 15º e 26º como as respectivas direções dos eixos de fácil magnetização. O efeito da anisotropia magnetoelástica é mais importante no caso dos nanofios de Ni. Para os dois sistemas (Co e Ni) foi possível avaliar a importância dos fatores morfológicos, na qual o diâmetro e separação média dos nanofios desempenham papel fundamental, pois estão diretamente relacionados à interação magnetostática inter-nanofios.

Submitted by Liliane Ferreira (ljuvencia30@gmail.com) on 2018-09-19T15:25:10Z No. of bitstreams: 2 Tese - Thiago Eduardo Pereira Alves - 2018.pdf: 6446029 bytes, checksum: 608f540fa5df66d012459688ced998d9 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2018-09-20T11:36:11Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Tese - Thiago Eduardo Pereira Alves - 2018.pdf: 6446029 bytes, checksum: 608f540fa5df66d012459688ced998d9 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-20T11:36:11Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Tese - Thiago Eduardo Pereira Alves - 2018.pdf: 6446029 bytes, checksum: 608f540fa5df66d012459688ced998d9 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2018-07-18 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / n this study we investigated the structural, optical band-gap, and magnetic properties of CoFe2-xYxO4 ) nanoparticles (NPs) synthesized using a combustion reaction method without the need for subsequent heat treatment or the calcing process. The particle size measured from X-ray diffraction (XRD) patterns and transmission electron microscope (TEM) images confirms the nanostructural character in the range of 16–36 nm. The optical band-gap (Eg) values increase with the Y3+ ion concentration being 3.30 and 3.58 eV for x = 0,00 and x = 0,04, respectively. The presence of yttrium in the cobalt ferrite (Y-doped cobalt ferrite) structure affects the magnetic properties. For instance, the saturation magnetization, MS and remanent magnetization, Mr, decrease from 69 emu.g-1 to 33 and 28 to 12 emu.g-1 for x = 0,00 and x = 0.04, respectively. On the other hand the coercivity, Hc, increases from 1100 to 1900 Oe for x = 0,00 and x = 0,04 at room temperature. Also we found that MS, Mr, and Hc decreased with increasing temperature up to 773 K. The cubic magnetocrystalline constant, K1, determined by using the ‘‘law of approach’’ (LA) to saturation decreases with Y3+ ion concentration and temperature. K1 values for x = 0,00 (x = 0,04) were 3,3 x 106 erg.cm-3 (2,0 x 106 erg.cm-3) e 0,4 x 106 erg.cm-3 (0,3 x 106 erg.cm-3) at 300 K and 773 K, respectively. The results were discussed in terms of inter-particle interactions induced by thermal fluctuations, and Co2+ ion distribution over tetrahedral and octahedral sites of the spinel structure due to Y3+ ion substitution. Also, in the present work, zinc oxide (ZnO) nanoparticles were prepared by the polyol method which consist of zinc acetate acetate and sodium acetate in propylene glycol solution with control over the hydrolysis reaction time and subjecting to the variation of reaction parameters, as ratio of hydrolysis (th) and ratio of acetate (ta). It was observed that the reaction time of the hydrolysis and the addition of ions had a strong effect on the morphology and size of the ZnO particles. For example, transmission electron microscopy (TEM) images revealed that the ZnO samples were synthesized for short time of RH (10 min) and long time (300 min) in small rods and in elongated rod forms, respectively. On the other hand, using only zinc acetate reagent, as the ZnO samples crystallized into a coarse spherical shape. These differences can be attributed to the polarization of the acetate and the propylene glycol, i.e., the greater amount of deficits present in the preferred growth solution of the ZnO crystals. In addition, the HR time does not change changes in the optical band gap. For example, values ​​controlled by the Kubelka-Munk model decreased from 3.31 eV to 3.28 eV for the short HR time and the long HR time, respectively. This can be explained in terms of defects and is due to the change in particle sizes. X-ray diffraction patterns (XRDs) revealed that all the units crystallized the typical wurtzite structure of ZnO. However, the relative intensity of the diffraction peak (002) of the ZnO samples was synthesized with zinc acetate and was higher than the sensations from zinc acetate as sodium acetate. That is, an indication of direction should be directed toward the preferential growth of the crystals. Therefore, the morphology of the ZnO samples can be adapted using the polyol method, just as the physical properties are important for some technological applications. / Neste trabalho, foram investigadas as propriedades estruturais, ópticas e magnéticas de nanopartículas de CoFe2-xYxO4 ) sintetizadas pelo método de reação de combustão sem tratamento térmico subsequente ou o processo de calcinação. Os tamanhos de partícula medidos a partir de padrões de difração de raios X (DRX) e imagens de microscopia eletrônica de transmissão (MET) confirmam nanoestruturas na faixa de 16-36 nm. Os valores de bandas ópticas (Eg) aumentam com a concentração de íons Y+3 sendo 3,30 e 3,58 eV para x = 0,00 e x = 0,04, respectivamente. A dopagem com ítrio na ferrita de cobalto afeta as propriedades magnéticas. Por exemplo, a magnetização de saturação (MS) e a magnetização remanescente (Mr), diminuem de 69 emu.g-1 para 33 e 28 para 12 emu.g-1 para x = 0,00 e x = 0,04, respectivamente. Por outro lado, a coercividade (HC), aumenta de 1100 para 1900 Oe para x = 0,00 e x = 0,04 à temperatura ambiente. Também foidescoberto que MS, Mr e HC diminuem com o aumento da temperatura até 773 K. A constante de anisotropia magnetocristalina (K1), determinada usando a lei de approach para magnetizações próximas à saturação diminuem com a concentração do íon Y3 + e com a temperatura. Os valores de K1 para x = 0,00 e (x = 0,04) foram 3,3 x 106 erg.cm-3 (2,0 x 106 erg.cm-3) e 0,4 x 106 erg.cm-3 (0,3 x 106 erg.cm-3) a 300 K e 773 K, respectivamente. Os resultados foram discutidos em termos de interações entre partículas induzidas por flutuações térmicas e distribuição dos íons Co2+ nos sítios tetraédricos e octaédricos da estrutura espinélio, principalmente devido à substituição iônica pelo Y3+. Também neste trabalho preparou-se nanopartículas de óxido de zinco (ZnO) pelo método do poliol utilizando acetato de zinco e acetato de sódio em solução de propileno glicol com controle sobre o tempo de reação da hidrólise (RH) e submetendo à variação de parâmetros reacionais, como razão de hidrólise (th) e razão de contra íons acetatos (ta). Observou-se que o tempo de reação da hidrólise e a adição de íons acetato tiveram um forte efeito na morfologia e tamanho das partículas de ZnO. Por exemplo, imagens de microscopia eletrônica de transmissão (MET) revelaram que as amostras de ZnO sintetizadas por tempo curto de RH (10 min) e tempo de RH longo (300 min) cristalizaram em pequenos bastões e em formas de bastões alongados, respectivamente. Por outro lado, utilizando apenas reagente de acetato de zinco, as amostras de ZnO cristalizaram numa forma aproximadamente esférica. Essas diferenças podem ser atribuídas à relação da polarização do acetato e do propileno glicol, isto é, a maior quantidade de acetato presente na solução afeta o crescimento preferencial orientado dos cristais de ZnO. Além disso, o tempo de RH causou alterações no gap de banda óptica (Eg) das amostras. Por exemplo, os valores determinados pelo modelo de Kubelka-Munk diminuíram de 3,31 eV para 3,28 eV para os tempos, curto e longo de RH, respectivamente. Isto pode ser explicado em termos de defeitos estruturais e principalmente devido à diferença entre os tamanhos de partículas. Os padrões de difração de raios X (DRX) revelaram que todas as amostras cristalizaram na estrutura típica de wurtzita de ZnO. Contudo, a intensidade relativa do pico de difração (002) das amostras de ZnO sintetizadas apenas com acetato de zinco foi superior àqueles sintetizados utilizando tanto acetato de zinco como acetato de sódio. Isto indica de que o eixo c deve ser a direção de crescimento preferencial dos cristais. Portanto, a morfologia das amostras de ZnO pode ser adaptada usando o método poliol, assim as propriedades físicas que são importantes para algumas aplicações tecnológicas, poderiam ser controladas.

Orientadores: Marcelo Knobel, Daniela Zanchet / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-08T20:01:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Alves_TatianaMidoriMartinsTelles_M.pdf: 13757564 bytes, checksum: 9fff2bc36efd863f581707b11f77fa22 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Neste trabalho são realizados estudos de propriedades morfológicas, estruturais e magnéticas de nanopartículas de óxidos de ferro sintetizadas por métodos químicos. Procuramos relacionar os parâmetros de síntese às características das partículas produzidas com a finalidade de melhorar sua qualidade em relação às amostras comerciais e avaliar sua aplicabilidade em biomedicina. Foram adotados os métodos de síntese por co-precipitação de sais em solução aquosa e de decomposição térmica de dois diferentes precursores organometálicos: acetilacetonato de ferro III (Fe(acac)3) e ferro pentacarbonil (Fe(CO). Para caracterização desses sistemas, foram utilizadas as técnicas de microscopia eletrônica de transmissão convencional e de alta resolução, microscopia eletrônica de varredura com canhão de emissão de campo, difração de raios-X e medidas de magnetização, além de experimentos de transfecção em células HeLa e posterior detecção por imagens de ressonância magnética. Os estudos mostraram que as partículas sintetizadas por co-precipitação não apresentam muitas vantagens em relação às amostras comerciais, pois possuem larga distribuição de tamanhos. Através da síntese por decomposição térmica de Fe(acac)3, partículas com distribuição mais estreita foram produzidas e resultados positivos de incorporação por células HeLa e detecção por imagens de ressonância magnética foram obtidos. Com as partículas geradas pela decomposição térmica de Fe(CO)5 foram realizados tratamentos térmicos em atmosfera ambiente que proporcionaram aumento do grau de cristalização, aumento do diâmetro médio e estabilização de suas propriedades magnéticas, em detrimento da perda dos contornos esféricos e aumento na dispersão de tamanhos. De uma maneira geral, foi possível demonstrar que a decomposição térmica de compostos organometálicos em solventes orgânicos produz partículas mais homogêneas em relação àquelas produzidas por co-precipitação e às comercialmente disponíveis, e essa qualidade apresenta um grande potencial para aplicações biomédicas mais sofisticadas / Abstract: In this work, morphological, structural and magnetic investigations were performed in iron oxide nanoparticles synthesized by chemical methods. Our goal was to correlate the synthesis parameters to the characteristics of the produced particles to improve their quality when compared to commercial samples and to evaluate their applicability in biomedicine. The synthetic methods were the co-precipitation of metal salts in aqueous solution and the thermal decomposition of two different organometallic precursors: iron (III) acetylacetonate (Fe(acac)3) and iron pentacarbonil (Fe(CO)5). The following techniques were used for the characterization of these systems: transmission electron microscopy, high resolution transmission electron microscopy, field emission gun scanning electron microscopy, X-ray diffraction and magnetic measurements, in addition to incorporation experiments by HeLa cells and their detection by magnetic resonance imaging. The studies showed that nanoparticles synthesized by the co-precipitation method present no advantage over the commercial samples, once they have the same broad size distribution. Through thermal decomposition of Fe(acac)3, particles with narrower size distribution were produced and positive results on their incorporation by HeLa cells and magnetic resonance imaging detection were obtained. Thermal treatments under air atmosphere were performed in the particles generated by thermal decomposition of Fe(CO)5, giving rise to crystallization, an increase of the mean diameter and stabilization of their magnetic properties, with the disadvantages of loss of the spherical shape and increase of the size dispersion. In summary, it was possible to demonstrate that thermal decomposition of organometallic compounds in hot organic solvents produces more homogeneous particles when compared with those produced by co-precipitation and commercially available ones, and this quality presents great potential for more sophisticated biomedical applications / Mestrado / Física da Matéria Condensada / Mestre em Física

Submitted by Franciele Moreira (francielemoreyra@gmail.com) on 2017-09-11T13:58:47Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Marcus Vinícius Araújo - 2017.pdf: 21442655 bytes, checksum: 3698012eda944b8f418aebe11accbd00 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-09-15T15:45:28Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Marcus Vinícius Araújo - 2017.pdf: 21442655 bytes, checksum: 3698012eda944b8f418aebe11accbd00 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-15T15:45:28Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Marcus Vinícius Araújo - 2017.pdf: 21442655 bytes, checksum: 3698012eda944b8f418aebe11accbd00 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-07-12 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Nanoparticles based on Mn-ferrite, Mn1−xAxFe2O4, doped with copper, magnesium and cobalt (A = Cu, Mg ou Co) were synthesized by hydrothermal method under pressure, with X varying from 0 to 0, 5. Magnetic fluids stable in physiological conditions were obtained surface-coating the nanoparticle with citric acid. X-ray diffraction confirmed the spinel structure. Energy dispersive spectroscopy (EDS) confirmed the success of the synthesis of the mixed ferrite, where the element composition agreed with the value expected within an error of 10%. Transmission electron microscopy showed sphericalshaped nanoparticles, while magnetization data at room temperature allowed the analysis of the coercivity field (Hc) and the saturation magnetization (Ms). Ms decreased with the increase of X for the Cu and Mg doped samples, while the opposite effect was observed for Co doped nanoparticles. Hc increased the higher the X value for all the samples. The effect on the Cu and Mg-doped ferrites are explained by the increase in particle size. However, the Co-doped samples, showed a diameter increasing the higher X, but Hc also increased. In this case the Hc behavior is explained by the increase concentration of Co and its effect on the magnetic anisotropy which increases for higher Co content. The magnetic hyperthermia efficiency of the magnetic fluids, for all samples, were investigated in a field amplitude ranging from 50 Oe to 170 Oe and frequencies from 110 kHz up to 990 kHz. The hyperthermia efficiency decreased with X increasing, considering the case of 130Oe and 333 kHz, which indicates that at this experimental condition undoped Mnferrite nanoparticles are better for hyperthermia. In most of the samples it was observed that the efficiency scaled with the square of the field amplitude, which is in accordance with Linear Response Theory (LRT). In addition, the hyperthermia frequency dependence study showed a saturation effect, for some samples, at a frequency higher than 600 kHz. The experimental data as function of frequency were susccessfully curve fitted with the LRT model using 2 free parameters related to the effective relaxation time ( ef ) and the equilibrium susceptibility ( 0). In particular, for theMn-ferrite sample for a field of 130Oe it is found ef = 5, 2 · 10−7s and 0 = 0, 028. The value of ef can be explained using an effective magnetic anisotropy value of 2·105 erg/cm3. The value is one order of magnitude higher than the bulk value, and allowed one to estimate the surface anisotropy contribution to in the order of 0, 04 erg/cm2. On the other hand, a linear chain formation model, for this sample consisted of a trimer (3 nanoparticles), can also explain the increase of the effective anisotropy. Moreover, we found a 0 value lower than the estimated Langevin susceptibility. In order to explain this, a new model, valid in the linear regime, was developed considering the contribution from blocked nanoparticles. Indeed, the analysis of hyperthermia data using this model indicates that the contribution to heat generation spans from 34.7% of the nanoparticles for a field of 110 Oe up to 52.5% at 170 Oe. / Nanopartículas à base de ferrita de Mn, Mn1−xAxFe2O4, dopadas com cobre, magnésio ou cobalto (A = Cu, Mg ou Co) foram sintetizadas pelo método hidrotermal sob pressão, com X variando de 0 até 0, 5. Posteriormente, fluidos magnéticos estáveis em pH fisiológico foram obtidos recobrindo a superfície das nanopartículas com ácidocítrico. A caracterização estrutural por raios-X confirmou a fase cristalina do tipo espinélio. A técnica de espectroscopia de energia dispersiva confirmou o sucesso da síntese de ferrita mista, quanto a sua composição, com um erro de até 10%. Microscopia eletrônica de transmissão revelou formação de nanopartículas esféricas, enquanto medidas de magnetização a temperatura ambiente permitiram uma análise do campo coercitivo (Hc) e da magnetização de saturação (Ms). Ms caiu com aumento de X para amostras dopadas com Cu e Mg, enquanto o oposto foi observado para Co. O Hc cresceu com o aumento de X para todas as amostras. Para as amostras dopadas com Cu e Mg tal efeito é explicado pelo aumento do diâmetro das nanopartículas. No caso das amostras dopadas com Co, o diâmetro caiu com X crescendo, mas Hc aumentou. Neste caso o comportamento do Hc é explicado pela maior contribuição a anisotropia magnética aumentando a proporção de Co na ferrita. A eficiência da hipertermia magnética (EHM) dos fluidos magnéticos, de todas as amostras, foi avaliada numa faixa de amplitude de campo de 50 Oe à 170 Oe para frequências variando entre 110 kHz à 990 kHz. A EHM caiu com X aumentando para H0 = 130 Oe e f = 333 kHz, o que indica, nesta condição experimental, que a ferrita de Mn é a amostra mais eficiente para hipertermia. A maior parte das amostras apresentou um EHM escalando com o quadrado da amplitude de campo magnético, em concordância com o esperado pela Teoria do Regime Linear (TRL). O estudo da EHM em função da frequência (f) revelou que algumas amostras apresentam saturação para f > 600 kHz. Os dados experimentais de hipertermia em função da frequência foram ajustados com sucesso, para todas as amostras, usando apenas 2 parâmetros livres relacionados ao tempo de relaxação efetivo ( ef ) e a susceptibilidade de equilíbrio ( 0). Em particular, para a amostra de ferrita de Mn e H0 = 130 Oe encontramos ef = 5, 2 · 10−7 s e 0 = 0, 028. O valor obtido para ef pode ser explicado para uma anisotropia magnética efetiva com 2 · 105 erg/cm3. Este valor é uma ordem de grandeza maior que o do bulk, e permite estimar uma anisotropia de superfície da ordem de 0, 037 erg/cm2. Por outro lado, a formação de cadeias lineares, contendo 3 partículas, também é capaz de explicar o aumento da anisotropia. O valor encontrado para 0 é menor que aquele estimado para a susceptibilidade de Langevin. Para explicar tal resultado, um novo modelo, válido no regime linear, foi desenvolvido considerando a contribuição de partículas bloqueadas. Neste caso, foi possível estimar, pela análise da EHM em função da frequência, que a fração de partículas contribuindo para a geração de calor sobe de 34, 7% em H0 = 110 Oe para 52, 5% em 170 Oe.

Nanofluidos magnéticos formados por partículas de ferrite de manganês eletricamente carregadas foram estudados sob o ponto de vista estrutural, magnético e óptico. Características estruturais foram analisadas por meio da técnica de espalhamento de raios X a baixos ângulos (SAXS), que permitiu a determinação da distribuição de diâmetros de nanopartículas em solução. Assim, foi possível determinar o comportamento lognormal da distribuição de tamanhos nas amostras, bem como o diâmetro médio das soluções estudadas, Mn3, Mn4 e Mn6, como 2.8nm, 3.4nm e 6.2nm, respectivamente. Ademais, foi investigada a magnetização das diferentes soluções em função da temperatura sob o protocolo ZFC/FC, permitindo a determinação da distribuição de temperaturas de bloqueio, grandeza que depende do volume das partículas. Ao comparar as distribuições obtidas, foi constatado que aquela determinada por medidas magnéticas era mais estreita do que a por SAXS, indicando interações dipolares entre partículas. Essa hipótese foi corroborada por medidas de suscetibilidade ac, que resultaram em tempos de relaxação muito curtos, incompatíveis com modelos de partículas únicas, levando à conclusão da existência de um comprimento de correlação com N partículas interagindo no volume de correlação 3. Tais grupos de partículas não correspondem a aglomerados físicos, uma vez que alterações de densidade eletrônica não foram verificadas nas curvas de espalhamento de raios X, mas sim a clusters magnéticos, que respondem ao campo externo em conjunto. A análise dos resultados de magnetização ac e dc, simultaneamente, evidenciou ainda alterações na anisotropia das partículas, efeitos de superfície devido à redução de tamanho do cristal. O estudo de propriedades ópticas lineares permitiu a determinação do espectro de absorção em função da concentração de nanopartículas em solução. Desse modo, foi verificada a validade da lei de Beer-Lambert em uma região do espectro, para 300nm < < 600nm. O gap óptico foi determinado para as transições diretas e indiretas como EgapDir = 3.07 ± 0.15eV e EgapInd = 2.06 ± 0.11eV, respectivamente. Por fim, propriedades ópticas não lineares foram estudadas por meio da técnica de z-scan na escala de femto-segundo, a fim de estudar efeitos de origem eletrônica. Curvas foram obtidas e, por meio de ajustes de equações teóricas, foi possível a determinação dos parâmetros não lineares. Contudo, estudos adicionais evidenciaram que tais sinais não eram de origem eletrônica, mas sim térmica, como formação de lente térmica e termodifusão. Assim, os coeficientes não lineares dos ferrofluidos não puderam ser determinados com precisão, de maneira que apenas valores máximos desses coeficientes foram obtidos independentemente do tamanho das nanopartículas, sendo max = 3.9x10-2cm/GW o valor máximo para o coeficiente de absorção de dois fótons e |n2max| = 5.3x10-16cm2/W, para o índice de refração não linear. / Magnetic nanofluids formed by electrically charged manganese ferrite particles were studied under the structural, magnetic and optical point of view. Structural characteristics were analyzed by small angle X-rays scattering (SAXS) technique, which allowed determining the nanoparticles\' size distribution. Thus, it was possible to determine the lognormal behavior of the size distribution, as well as the particles\' mean diameter of the studied solutions, Mn3, Mn4 and Mn6, as 2.8nm, 3.4nm and 6.2nm, respectively. Also, the magnetization of the different solutions was investigated as a function of the temperature under the ZFC/FC protocol, allowing the determination of the blocking temperature distribution, quantity that depends on the nanoparticles\' volume. Comparing the distributions obtained it was noted that the obtained by magnetic measurements was narrower than the one obtained by SAXS, which indicates dipolar interactions between nanoparticles. This hypothesis was supported by ac susceptibility measurements, which resulted in very short relaxation times, incompatible with single particles models, leading to the conclusion of the existence of a correlation length with N interaction particles in the correlation volume 3. Those particles groups do not correspond to physical clusters, since electron density changes were not observed in X-rays scattering curves, but to magnetic clusters that responds collectively to the external field. The simultaneous analysis of ac and dc magnetization results showed changes in the anisotropy of the particles, surface effects due to reduction of crystal size. The study of linear optical properties allowed the determination of the absorption spectrum as a function of the nanoparticles\' concentration in solution. Thus, the validity of the Beer-Lambert law was verified for the wavelength range 300nm < < 600nm was determined for direct and indirect transitions as EgapDir = 3.07 ± 0.15eV and EgapInd = 2.06 ± 0.11eV, respectively. Finally, nonlinear optical properties were studied by the z-scan technique in the femto-second time scale. Curves were obtained and, by means of theoretical equations adjustments to the data, it was possible to determine nonlinear parameters. However, additional studies have shown that such effects were not of electronic origin, but thermal, as thermal lens and thermodiffusion. Thus, the nonlinear coefficient of ferrofluids could not be determined accurately, only maximum values of these coefficients were obtained regardless of the size of the nanoparticles, as max = 3.9x10-2cm/GW the maximum value of the two photon absorption coefficient and |n2max| = 5.3x10-16cm2/W for the nonlinear refraction index.