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

ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ
Στην εργασία αυτήν μελετήθηκαν τρία συστήματα νανοσωματιδίων πυρήνα-φλοιού στα οποία η μία τουλάχιστον φάση
είναι σιδηρομαγνητική. Τα νανοσωματίδια FeCo@CoFe 2 O 4 και Fe x O@Fe 3 O 4 αποτελούν περιπτώσεις όπου μελετάται η
διαδικασία σύνθεσης και ελεγχόμενης οξείδωσης για το σχηματισμό νανοκρυστάλλων δύο μαγνητικών υλικών. Αντίθετα, τα
νανοσωματίδια FePt@Fe 3 O 4 εξετάζονται ως παράδειγμα συνδυασμού σκληρής/μαλακής φάσης παράλληλα με την
δυνατότητα αξιοποίησης των ιδιοτήτων του FePt σε βιολογικές εφαρμογές χάρη στο βιοσυμβατό περίβλημα τους.
Νανοσωματίδια πυρήνα FePt – φλοιού Fe 3 O 4
Στις εικόνες ηλεκτρονικής μικροσκοπίας του σχήματος 1 παρουσιάζονται δύο δείγματα νανοσωματιδίων FePt@Fe 3 O 4
όπου η χρήση διαφορετικής αναλογίας των προδρόμων ενώσεων οδήγησε σε μεταβολή του πάχους του φλοιού. Στην πρώτη
περίπτωση (Σχήμα 1α) η μέση διάμετρος τους πλησιάζει τα 5 nm από τα οποία τα 3,5 nm αποτελούν τον πυρήνα κράματος
FePt. Όπως υποδεικνύει η εικόνα υψηλής διακριτικής ικανότητας πρόκειται για κυβική φάση του ισογραμμομοριακού FePt.
Σημαντική παράμετρος είναι η ομοιόμορφη εξαγωνική διάταξη κατά την εναπόθεση, που διατηρείται και κατά την δεύτερη
στρώση σωματιδίων. Το σχήμα του αντίστοιχου βρόχου υστέρησης στους 10 Κ επιβεβαιώνει την παρουσία των δύο
διαφορετικών μαγνητικών φάσεων και δείχνει πιθανή σύζευξη ανάμεσά τους.
Με έλεγχο του σταδίου της ανάπτυξης του φλοιού Fe 3 O 4 είναι δυνατή η σύνθεση νανοσωματιδίων με διάμετρο 15 nm
όπως φαίνονται στο Σχήμα 1β. Ο πυρήνας, που βρίσκεται μετατοπισμένος από το κέντρο, διαπιστώθηκε ότι αποτελείται από
την κυβική φάση FePt 3 και η ύπαρξη του δεν επηρεάζει τις μακροσκοπικά παρατηρούμενες μαγνητικές ιδιότητες που
αποδίδονται εξ ολοκλήρου στον Fe 3 O 4 [1].
Σχήμα 2. Νανοσωματίδια πυρήνα FeO – φλοιού Fe 3 O 4 (α) και πυρήνα FeCo – φλοιού CoFe 2 O 4 (β).
Νανοσωματίδια πυρήνα FeO – φλοιού Fe 3 O 4
Η ταχεία και σχεδόν αναπόφευκτη οξείδωση νανοκρυστάλλων σιδήρου μπορεί να περιοριστεί με την σύνθεση
νανοσωματιδίων σχετικά μεγάλης διαμέτρου. Τα νανοσωματίδια Fe μεγέθους 18 nm που μελετήθηκαν αρχικά οξειδώθηκαν
σε FeO και στην συνέχεια με πολύ αργό ρυθμό προς Fe 3 O 4 [2]. Κατά το δεύτερο στάδιο η διάχυση οξυγόνου προχωράει από
τον φλοιό προς το κέντρο του σωματιδίου όπως δείχνει η εικόνα υψηλής διακριτικής ικανότητας του σχήματος 2α που
λήφθηκε 3 μήνες μετά την έκθεση σε ατμοσφαιρικό αέρα. Ανάλογα με το περιβάλλον και τον χρόνο έκθεσης είναι δυνατός ο
έλεγχος του πάχους του εξωτερικού στρώματος Fe 3 O 4 και των μαγνητικών χαρακτηριστικών όπως δείχνουν οι βρόχοι
υστέρησης σε αρχικό στάδιο και έπειτα από 3 μήνες.
Νανοσωματίδια πυρήνα FeCo – φλοιού CoFe 2 O 4
Σε αυτήν την περίπτωση η διαδικασία οξείδωσης είναι καλύτερα ελεγχόμενη και το τελικό προϊόν είναι πιο σταθερό με τον
χρόνο. Το μέσο μέγεθος των νανοσωματιδίων FeCo είναι 15 nm ενώ μετά από την οξείδωση το πάχος του εξωτερικού
στρώματος οξειδίου φτάνει τα 5 nm (Σχήμα 2β). Ο φλοιός εμφανίζεται σε εικόνες υψηλής διακριτικής ικανότητας να έχει
καλύτερη κρυσταλλικότητα από το σχετικά άμορφο πυρήνα FeCo. Ο δομικός χαρακτηρισμός με περίθλαση ακτινών Χ
προσδιόρισε την δομή του οξειδίου ως CoFe 2 O 4 [3]. Η συνύπαρξη των δύο αυτών φάσεων με υψηλή μαγνήτιση κόρου
οδηγεί σε ανάλογα υψηλές τιμές του συστήματος ενώ κάτω από την θερμοκρασία μετάβασης σε υπερπαραμαγνητισμό η
συμπεριφορά είναι καθαρά σιδηρομαγνητική.
ΑΝΑΦΟΡΕΣ
[1] K. Simeonidis et al., submitted to Chem. Mater.
[2] K. Simeonidis et al., Mod. Phys. Lett. B, in press.
[3] S. Mourdikoudis et al., Mod. Phys. Lett. B, in press.
H παρούσα μελέτη υποστηρίζεται από τη Γενική Γραμματεία Έρευνας και Τεχνολογίας – Κωδικός έργου ΠΕΝΕΔ: 03EΔ667.
129