Coercivity and magnetic anisotropy and magnetooptics in magnetic nanocolloids

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Física, Programa de Pós-Graduação em Física, 2011.Elaboramos nanopartículas magnéticas à base de ferritas de manganês com diâmetros médios entre 3,3 – 9,0 nm, por coprecipitação hidrotérmica em meio alcalino. Difratrogramas de raio-x e Microscopia Eletrônica de Transmissão são confrontados e confirmam que os nanocristais, de forma aproximadamente esférica, apresentam estrutura cristalina do tipo espinélio. Essas nanopartículas são dispersas em meio ácido graças a uma estratégia núcleo-superfície, que permite proteger as partículas contra a dissolução. O objetivo desse trabalho é a investigação da barreira de anisotropia dessas nanopartículas por técnicas experimentais. Em baixas temperaturas medidas de magnetometria, mais particularmente, da temperatura de bloqueio, do campo de anisotropia e da dependência térmica do campo coercivo, permitem uma análise cruzada da barreira de anisotropia. Em temperatura ambiente, efetuamos medidas de birrefringência magneto-induzida, em campos cruzados. Todas as medidas foram realizadas em soluções diluídas no sentido de investigar a propriedade individual de cada partícula. Os resultados obtidos indicam que a ordem de grandeza da constante efetiva é duas vezes maior que a constante de anisotropia magneto-cristalina da ferrita de manganês. Ainda, o valor determinado aumenta à medida que o tamanho das nanopartículas diminui, assim apontando para uma contribuição superficial da anisotropia magnética. Esta é caracterizada por uma constante KS cujo valor médio é encontrado entre 1,1×10-4 J/m2 e 3,9´10-4 J/m2. ______________________________________________________________________________ ABSTRACTWe elaborate magnetic nanoparticles based on manganese ferrite, with mean diameters between 3.3 nm and 9.0 nm, using hydrothermal coprecipitation in alkaline medium. Xrays diffractograms and transmission electron microscopy pictures are obtained and confirm that the nanocrystals are approximately spherical and present a spinel type crystalline structure. These nanoparticles are then dispersed in acidic medium thanks to a core-shell strategy that allows protecting the particles from the acidic dissolution. The aim of this work is to experimentally investigate the anisotropy barrier energy of these particles. At low temperatures, magnetometry measurements, more specifically, measurements of the blocking temperature, of the anisotropy field and of the thermal dependence of the coercive field, allow a crossed analysis of the barrier energy. At room temperature, we realized measurements of magneto-induced birefringence in crossed fields. All these measurements were done using dilute solutions in order to investigate an individual particle property. The results indicate that the order of magnitude of the effective anisotropy constant is two times larger than the value of the constant of magneto-crystalline energy for manganese ferrite. Moreover, the determined value increases as the nanoparticle size decreases, therefore indicating an enhanced surface contribution for the magnetic anisotropy. The later is then characterized by a surface constant KS, whose mean value is found to be between 1,1×10-4 J/m2 and 3,9´10-4 J/m2