xxiii πανελληνιο ÏƒÏ Î½ÎµÎ´ÏÎ¹Î¿ Ï†Ï ÏƒÎ¹ÎºÎ·Ï‚ στερεας καταστασης & επιστημης ...

ΜΕΛΕΤΗ ΤΟΥ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟΥ ΠΑΙΔΕΥΣΗΣ ΣΕ ΝΑΝΟΣΩΜΑΤΙΔΙΑ ΜΕ
ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑ ΠΥΡΗΝΑ/ΦΛΟΙΟΥ
Μαριάννα Βασιλακάκη * , Καλλιόπη Τροχίδου
Ινστιτoύτο Επιστήμης των Υλικών ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος»
153 10 Αγία Παρασκευή Αττική
*marianna05@ims.demokritos.gr
Τα τελευταία χρόνια μεγάλο ενδιαφέρον παρουσιάζει η μελέτη των μαγνητικών νανοσωματιδίων τόσο από την πλευρά της
βασικής φυσικής, λόγω των πεπερασμένων διαστάσεων τους που τα διαφοροποιούν από τα συμπαγή (bulk) υλικά, όσο και
εξαιτίας της ευρείας χρήσης τους κυρίως σαν μέσα μαγνητικής εγγραφής και πιο πρόσφατα σε ιατρικές εφαρμογές. Η
μείωση των διαστάσεων των νανοσωματιδίων είναι απαραίτητη για την αύξηση της αποθηκευτικής ικανότητας σαν μέσων
μαγνητικής εγγραφής. Όμως με την μείωση αυτή τα νανοσωματίδια χάνουν τη μαγνητική τους σταθερότητα πάνω από μία
θερμοκρασία την θερμοκρασία φραγμού (Τ Β ), εξαιτίας του ότι η ενέργεια ανισοτροπίας τους, που είναι υπεύθυνη για τον
προσανατολισμό των μαγνητικών ροπών σε συγκεκριμένες διευθύνσεις, γίνεται μικρότερη από τη θερμική ενέργειά τους, και
συμπεριφέρονται ως υπερπαραμαγνητικά.
Η απαίτηση για μείωση των διαστάσεων με ταυτόχρονη αύξηση της ενέργειας ανισοτροπίας οδήγησε στη μελέτη των
νανοσωματιδίων με σύνθετη δομή πυρήνα/φλοιού με διαφορετική μαγνητική τάξη [1,2]. Αυτά παρουσιάζουν μία
επιπρόσθετη μορφή ανισοτροπίας, η οποία προέρχεται από την μαγνητική αλληλεπίδραση ανταλλαγής στην ενδοεπιφάνεια
μεταξύ του πυρήνα και του φλοιού προκαλώντας την αύξηση των τιμών του συνεκτικού πεδίου και του πεδίου ανταλλαγής.
Ένα ενδιαφέρον φαινόμενο που συνοδεύει την ανισοτροπία ανταλλαγής είναι το φαινόμενο παίδευσης (training effect)
[3,4]. Το φαινόμενο αυτό παρουσιάζεται στη διαδικασία σχηματισμού διαδοχικών βρόχων υστέρησης κρατώντας σταθερές
όλες τις άλλες παραμέτρους του συστήματος ύστερα από μία διαδικασία ψύξης και συνίσταται στην μείωση των τιμών του
συνεκτικού πεδίου, του πεδίου ανταλλαγής και της παραμένουσας μαγνήτισης με την αύξηση του αριθμού των βρόχων
υστέρησης. Η μελέτη του φαινομένου παίδευσης δείχνει ότι υπάρχουν διαφορές στο μηχανισμό του φαινομένου στα
διστρωματικά υλικά [3] και στα σύνθετα νανοσωματίδια [4].
Στην παρούσα εργασία μελετήσαμε τους μηχανισμούς δημιουργίας του φαινομένου παίδευσης σε σύνθετα
νανοσωματίδια με μορφολογία σιδηρομαγνητικού (FM) πυρήνα και αντισιδηρομαγνητικού (AFM) ή σιδηριμαγνητικού (FI)
φλοιού και τους παράγοντες που το επηρεάζουν με τη χρήση της μεθόδου Metropolis Monte Carlo. Θεωρήσαμε σφαιρικά
νανοσωματίδια όπου τα σπιν τους αλληλεπιδρούν με αλληλεπιδράσεις τύπου Heisenberg. Οι προσομοιώσεις μας έδειξαν ότι
το φαινόμενο παίδευσης προέρχεται από τον ανασχηματισμό των σπιν στην διεπιφάνεια και στον φλοιό κατά την
επαναληπτική διαδικασία σχηματισμού των βρόχων υστέρησης. Πιο συγκεκριμένα είδαμε ότι στα σύνθετα νανοσωματίδια
με AFM φλοιό το φαινόμενο παίδευσης είναι εντονότερο σε σχέση με αυτών με FI φλοιό εξαιτίας της συμμετοχής των
αντισιδηρομαγνητικών στρωμάτων του φλοιού στο φαινόμενο, ενώ στη σιδηριμαγνητική περίπτωση μόνο τα σπιν της
διεπιφάνειας συμμετέχουν.
a)
Training effect of H
ex
(%)
100
95
90
85
80
75
70
65
60
55
50
45
AFsh6
AFsh10
AFsh15
1 2 3 4 5 6
Loop number
Training effect of H
c
(%)
100
95
90
85
80
75
70
65
60
1 2 3 4 5 6
Loop number
b)
Training effect of H
ex
(%)
100
95
90
85
80
75
1 2 3 4 5 6
Loop number
FIsh6
FIsh10
FIsh15
Training effect of H c
(%)
100
98
96
94
92
1 2 3 4 5 6
Loop number
Σχήμα 1 Το ποσοστό μείωσης της αρχικής τιμής του πεδίου ανταλλαγής Η ex και του συνεκτικού πεδίου Η c ως
συνάρτηση του αριθμού των επαναλαμβανόμενων βρόχων υστέρησης για νανοσωματίδια με FMπυρήνα=7 και AF ή FI
φλοιό=6,10,15 πλεγματικών σταθερών σε θερμοκρασία Τ=0.01 J FM /k B .
104