Field Dependence of Magnetic Disorder in Nanoparticles

磁化 凝聚态物理 磁各向异性 磁矩 单一领域 磁性纳米粒子 材料科学 磁畴 磁场 纳米颗粒 物理 纳米技术 量子力学
作者
Dominika Zákutná,D. Nižňanský,Lester C. Barnsley,Earl Babcock,Zahir Salhi,Artem Feoktystov,Dirk Honecker,Sabrina Disch
出处
期刊:Physical Review X [American Physical Society]
卷期号:10 (3) 被引量:17
标识
DOI:10.1103/physrevx.10.031019
摘要

The performance characteristics of magnetic nanoparticles towards application, e.g. in medicine, imaging, or as sensors, is directly determined by their magnetization relaxation and total magnetic moment. In the commonly assumed picture, nanoparticles have a constant overall magnetic moment originating from the magnetization of the single-domain particle core surrounded by a surface region hosting spin disorder. In contrast, this work demonstrates the significant increase of the magnetic moment of ferrite nanoparticles with applied magnetic field. At low magnetic field, the homogeneously magnetized particle core initially coincides in size with the structurally coherent grain of 12.8(2) nm diameter, indicating a strong coupling between magnetic and structural disorder. Applied magnetic fields gradually polarize the uncorrelated, disordered surface spins, resulting in a magnetic volume more than 20\% larger than the structurally coherent core. The intraparticle magnetic disorder energy increases sharply towards the defect-rich surface as established by the field-dependence of the magnetization distribution. In consequence, these findings illustrate how the nanoparticle magnetization overcomes structural surface disorder. This new concept of intraparticle magnetization is deployable to other magnetic nanoparticle systems, where the in-depth knowledge of spin disorder and associated magnetic anisotropies will be decisive for a rational nanomaterials design.
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