(curve) Isteresi magnetica di nanoparticelle nucleo-guscio Fe@Fe3O4 a 5 K sotto raffreddamento in campo (+10 kOe). (immagini a colori) Vista in sezione (micromagnetica) delle configurazioni di spin in una nanoparticella nucleo-guscio durante una scansione di campo in condizioni di raffreddamento del campo. Cerchi pieni (verde, rosso, e nero) rappresentano momenti magnetici nel nucleo ferromagnetico, guscio ferrimagnetico, e interfaccia core-shell, rispettivamente. Per semplicità, ogni dominio ferrimagnetico nello strato shell è rappresentato come un reticolo di spin con un momento netto. Le linee tratteggiate delimitano i confini dei domini cristallini all'interno dello strato di shell, e i cerchi aperti indicano gli spin residui (non compensati) alla superficie o ai confini del dominio.
L'accoppiamento di polarizzazione dello scambio magnetico tra nucleo e guscio dipende in modo critico dagli "spin congelati" che risiedono all'interfaccia tra i due diversi nanomateriali magnetici, secondo gli utenti della Purdue University che lavorano con l'Electronic &Magnetic Materials &Devices Group.
La popolazione relativa di tali spin congelati può essere modulata da parametri fisici esterni, come l'intensità del campo di raffreddamento applicato e la storia ciclica delle spazzate del campo magnetico (effetto di allenamento).
Un cambiamento più complesso si verifica quando le nanoparticelle core-shell vengono invecchiate in condizioni ambientali. Insieme all'evoluzione strutturale da nanostrutture core-shell ben definite a nanoparticelle contenenti più vuoti all'interfaccia, c'è un aumento significativo della popolazione di spin congelati, entrambi influenzano le proprietà magnetiche.
Nucleo-guscio Fe@Fe 3 oh 4 le nanoparticelle mostrano una sostanziale distorsione di scambio a basse temperature, mediato da momenti allineati unidirezionalmente all'interfaccia core-shell. Questi spin sono congelati nell'allineamento magnetico con il raffreddamento del campo e sono definiti in modo dipendente dalla temperatura.
La popolazione di tali spin congelati ha un impatto diretto sia sulla coercitività (H C ) e il campo di polarizzazione di scambio (H E ), modulati da parametri fisici esterni, come l'intensità del campo di raffreddamento applicato e la storia ciclica delle spazzate del campo magnetico (effetto di allenamento).
L'invecchiamento delle nanoparticelle nucleo-guscio in condizioni ambientali determina una graduale diminuzione della magnetizzazione ma una ritenzione complessiva di H C e H E , così come un grande aumento della popolazione di spin congelati.
Questi cambiamenti sono accompagnati da un'evoluzione strutturale da strutture core-shell ben definite a particelle contenenti più vuoti, attribuibile all'effetto Kirkendall. Sia la microscopia elettronica a trasmissione filtrata dall'energia che quella ad alta risoluzione indicano un'ulteriore ossidazione dello strato del guscio, ma il nucleo di ferro è straordinariamente ben conservato.
L'aumento della popolazione di spin congelati con l'età è responsabile della ritenzione complessiva del bias di scambio, nonostante la formazione di vuoti e altri cambiamenti dipendenti dall'ossidazione. Il campo di polarizzazione dello scambio diventa trascurabile per ossidazione deliberata di Fe@Fe 3 oh 4 nanoparticelle in particelle di tuorlo d'uovo, con una separazione fisica quasi completa di nucleo e guscio.
