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 Μetropolis 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. / The magnetic properties of nanoparticles have been subject of continuously
growing interest, driven by fundamental research and technological interest especially
in the magnetic recording industry and more recently in medicine. The small size of
the nanoparticles and the reduced symmetry at their surface result in high coercivity.
More recently, the requirement for stable magnetic behavior of the nanoparticles at
room temperature led to the development of complex spin nanostructures with
core/shell morphology that results to enhanced magnetic anisotropy.
Composite nanoparticles with ferromagnetic core/ antiferromagnetic shell
morphology have an extra anisotropy, the exchange anisotropy which makes them
thermally stable in room temperature even in the case of very small size.
In the current work we use the Metropolis Monte Carlo method to study the
magnetic behaviour of nanoparticles with core/shell morphology which exhibit
exchange anisotropy. The advantages of this method is that the microstructure of the
nanoparticles is explicitly included and the temperature.
The main goal of this thesis was to develop an appropriate theoretical model
for the study of the origin of the exchange anisotropy and the parameters which affect
its appearance and its magnitude. We find that the exchange anisotropy which is
induced by the exchange interaction between ferromagnetic core and
antiferromagnetic shell in the interface can is due to the existence of uncompensated
bonds along the interface. The size of the exchange anisotropy depends on a) the shell
thickness, at least two antiferromagnetic shell layers are necessary for the appearance
of the effect, b) the magnitude of exchange interaction at the interface and at the shell
influence the strength of the exchange anisotropy also c) the type of anisotropy in the
antiferromagnetic shell, it is bigger for z-axis shell anisotropy and d) the magnitude of
anisotropy at the interface.
Another phenomenon which is related with exchange anisotropy is the vertical
shift i.e. the asymmetry of the hysterisis loop on the vertical axis. Our calculations
show that this shift depends on the total number of the uncompensated spins in the
antiferromagnetic shell and not only from the interface.
Our calculations are in good agreement with recent experimental results. This
confirms that exchange interaction between ferromagnetic core and antiferromagnetic
shell is responsible for the exchange anisotropy effect in these composite
nanoparticles with ferromagnetic core/antiferromagnetic shell morphology that results
to magnetic behaviour different from that of pure ferromagnetic nanoparticles.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:upatras.gr/oai:nemertes:10889/2008 |
| Date | 09 October 2009 |
| Creators | Ευταξίας, Ευθύμιος |
| Contributors | Ζδέτσης, Αριστείδης, Eftaxias, Efthymios, Ζδέτσης, Αριστείδης, Πρίφτης, Γεώργιος, Βραδής, Αλέξανδρος, Κροντηράς, Χριστόφορος, Τροχίδου, Καλλιόπη, Αναστασόπουλος, Δημήτρης, Κουρής, Στυλιανός |
| Source Sets | University of Patras |
| Language | gr |
| Detected Language | Greek |
| Type | Thesis |
| Rights | 0 |
| Relation | Η ΒKΠ διαθέτει αντίτυπο της διατριβής σε έντυπη μορφή στο βιβλιοστάσιο διδακτορικών διατριβών που βρίσκεται στο ισόγειο του κτιρίου. |
Page generated in 0.0029 seconds