Superparamagnetizam

Superparamagnetizam - Langvinova funkcija

Superparamagnetizam je oblik magnetizma koji se manifestuje u feromagnetnim i ferimagnetnim česticama. Ako su takve čestice dovoljno male, onda one postaju jednorodne, odnosno, oostaju ravnomerno magnetizirane kroz volumen. Magnetni moment takvih čestica može proizvoljno da promeni pravac pod uticajem temperature, a u odsustvu spoljašnjeg magnetnog polja, prosečna magnetizacija superparamagnetskih čestica je nula. Ali u spoljašnjem magnetnom polju, takve čestice se ponašaju kao paramagnetici čak i na temperaturama ispod Kurieove tačke ili tačke Nil-a. Međutim, magnetna susceptibilnost superparamagnetskih materijala je mnogo veća od paramagnetske.

Langvinove čestice

Najizrazitija razlika u magnetnim svojstvima jedno domenskih nanočestica od svojstava rasutog feromagrina je efekat superparamagnetizma. U čestici sa jednom domenom, temperatura izaziva fluktuacije u smeru magnetnog momenta u odnosu na njegovu energetski povoljnu orijentaciju. Ako je čestica izotropna, onda će priroda njene magnetizacije biti slična magnetizaciji paramagnetskog jona sa neuobičajeno velikom spinom i biće opisana Langevinovom funkcijom. Ansambli takvih izotropnih čestica nazivaju se Langevinovim ansamblima čestica. Ako su čestice anizotropne (imaju anizotropiju oblika, kristalografsku anizotropiju, itd.), Tada će se magnetne osobine ansambla takvih čestica značajno razlikovati od svojstava ansambla Langevinovih čestica.

Stoner-Volfart čestice

Krivulje reverzije magnetizacije izračunate od strane Stonera i Volfarta za čestice sa jednim domenom sa jednoosnom anizotropijom pri T = 0 K. a) - histerezne krivulje za jednu česticu koja je magnetizovana pod drugačijim uglom (θ {displaistile theta} 1) do osi lake anizotropije (mz - projekcija magnetizacije čestice na pravac magnetnog polja H, ms - magnetizacija zasićenja čestice, H - magnetna polje, K - konstanta jednoosne anizotropije). b) - krivulja preokretanja magnetizma za skup čestica sa ravnomerno raspoređenim pravcima lakih ose u prostoru (M je magnetizacija ansambla čestica normalizovanih na magnetizaciju zasićenja ansambla).

Prvi radovi na tumačenju magnetnih svojstava ansambla anizotropnih čestica u jednom domenu izvršili su britanski fizičari Stoner i Volfart. Proučavanje nekih čvrstih rastvora magnetnih i nemagnetnih metala u određenom opsegu njihovih odnosa pokazalo je izuzetno visoke vrednosti koercitivnosti, koje nisu karakteristične za čisti feromagnet. Stoner i Volfart su ponudili jednostavnu i istovremeno uspešnu interpretaciju ovih rezultata. Oni su sugerisali da se u takvom čvrstom rastvoru javlja razgradnja u magnetne i nemagnetske frakcije, što rezultira formiranjem feromagnetnih čestica nanometarske skale, ravnomerno, ali ne poređanih u nemagnetnom sredstvu. Na osnovu razmatranja da je za takve male čestice energetski povoljno da bude jedno-domensko, pretpostavili su da se preokret magnetizacije u svakom od njih javlja koherentnom rotacijom svih magnetnih momenata jona u čestici, što zauzvrat pretpostavlja da se u procesu preokretanja magnetizacije apsolutna vrednost magnetizacije čestice ne menja. Na osnovu ovih ideja, naučnici su izračunali krivulje obrtanja za različite grupe čestica kod T = 0 K. Dobijeni rezultati su se dobro slagali sa eksperimentalnim podacima i ova teorija preokretanja nanočestica je prepoznata i danas je popularna. Prema tome, anodotropna čestica u jednom domenu, premeštanje u kojem se vrši bez promene apsolutne vrednosti njegove magnetizacije, obično se naziva Stoner-Volfartova čestica (SV čestica).

Stanje Stoner-Volfart čestica

Za razliku od magnetnih osobina ansambla Langevinovih čestica, gde je odlučujući unutrašnji parametar magnetni moment čestice (u realnim sistemima, disperzija prema ovom parametru) i spoljašnji parametar temperatura, magnetne osobine ansambala CB čestica zavise od mnogih dodatnih parametara. Najznačajniji među njima su tip anizotropije čestica i njihov međusobni raspored u ansamblu. Među spoljnim parametrima, pored temperature, dodaje se početno stanje ansambla (koji može biti neravnotežni) i vreme posmatranja ansambla - vreme merenja.

U određenom opsegu magnetnih polja, prisustvo svake čestice, na primer, jednoosne anizotropije, dovodi do pojave barijere koja razdvaja dva energetska minimuma u ​​faznom prostoru orijentacije magnetnog momenta. Životni vek u svakom od minimuma će biti određen visinom barijere i temperaturom.