Dependencia de las propiedades magnéticas de nanopartículas de magnetita con el tamaño

ENIO LIMA JR.; EMILIO DE BIASI; MARCELO VAZQUEZ MANSILLA; MARTÍN SALETA; FERNANDO EFFENBERG; LIANE ROSSI; RENATO COHEN; HERCICLIO RECHENBERG; ROBERTO DANIEL ZYSLER

Encuentro; X Encuentro CNEA "Superficies y materiales nanoestructurados"; 2010

La comprensión de las propiedades magnéticas de nanopartículas de óxido de de hierro, especialmente las ferritas, tiene un significado importante, ya que está presentes en un amplio espectro de aplicaciones, desde la electrónica a la biomedicina. Se espera que el comportamiento magnético de partículas de tamaño reducido esté dominado por los efectos de superficie como se ha evidenciado previamente en muchos materiales nanocristalinos ferro-, ferri- y antiferromagnéticos.  Al mismo tiempo, la reducción de tamaño de las nanopartículas  aumenta la presencia de defectos, tales como enlaces rotos y vacancias dentro de la partícula, que afecta a sus propiedades magnéticas. En el presente trabajo, hemos estudiado sistemáticamente las propiedades magnéticas de la magnetita (Fe3O4) con nanopartículas de 3, 7 y 11 nm de diámetro, con distribuciones de tamaño de grano muy estrechas. Las muestras fueron preparadas por descomposición térmica de Fe(acac)3 en presencia de surfactantes y como resultado final las nanopartículas están cubiertas por ácido oleico. Las imágenes de microscopía electrónica de transmisión de alta resolución y los patrones de difracción de rayos-X confirman que todas las muestras se componen de nanopartículas cristalinas con la estructura espinela esperada de la ferrita de hierro. Mediciones de magnetización dc, susceptibilidad AC y espectroscopía Mössbauer con campo magnético aplicado, indican que las propiedades magnéticas de nanopartículas de tamaño más grandes (11 y 7 nm) son diferentes a las de 3 nm. Las nanopartículas más grandes presentan un alto grado de orden magnético, con gran Ms (cercana al material masivo). En cambio, el sistema de nanopartículas más pequeñas se compone de una región magnéticamente ordenada y otra magnéticamente desordenada (que contiene el 67 % de los átomos de Fe) como consecuencia de la reducción del tamaño de grano. Hemos observado que la componente magnética desordenada de las partículas de 3 nm corresponde a las dos últimas capas atómicas en la superficie de la partícula. Se oberva un fuerte aumento de la magnetización como consecuencia del ordenamiento de la superficie a bajas temperaturas, lo que induce a frustración y mayor anisotropía efectiva.