Control de la estabilidad química de nanopartículas de Fe3O4 en estructuras core/shell

ALDO RUBERT; ELISA BAGGIO-SAITOVITCH; Y. XING; CAROLINA VERICAT; GABRIEL LAVORATO; F. JOCHEN LITTERST; MARIANO FONTICELLI

Bariloche

Congreso; XV Reunión Anual de la Asociación Argentina de Cristalografía; 2019

Las nanopartículas de magnetita (Fe3O4) son uno de los nanomateriales más estudiadospara aplicaciones biomédicas. A pesar de ello, en condiciones ambientales los nanomateriales de Fe3O4 se oxidan gradualmente en un proceso topotáctico formando maghemita (γ-Fe2O3), cuya menor magnetización y anisotropía magnetocristalina condicionan su eficiencia en las distintas aplicaciones. Si bien está aceptado que el proceso de oxidación consiste en la migración de cationes Fe(II)/Fe(III) hacia la superficie del material, hay una gran diversidad en los valores reportados para las difusividades de Fe [1,2]. Además, hay desacuerdo acerca de la existencia de una capa superficial uniforme de maghemita o, alternativamente, de una fase no-estequiométrica en todo el volumen de las nanopartículas [3].En este trabajo mostramos que un recubrimiento epitaxial de 2.5 nm de espesor de ferritade Zn, permite controlar la estabilidad química de nanopartículas monodispersas de Fe3 de 12 nm  de  diámetro.  La  combinación  de  estudios  de  difracción  de  rayos  X,  magnetometría, espectroscopías Mössbauer, de fotoelectrones de rayos X y de pérdida de energía electrónica revela que, luego de 6 meses de envejecimiento en aire, las nanopartículas de óxidos de Fe sufren oxidación parcial. Por otra parte, las nanopartículas core/shell preservan una magnetita estequiométrica con una marcada transición de Verwey en 108 K y propiedades similares a las esperadas  para  la  magnetita  bulk.  Además,  mostramos  cómo  el  recubrimiento  permite incrementar  la magnetización de saturación y controlar  la anisotropía magnética efectiva a través del acoplamiento de intercambio en la interfaz.Finalmente, discutimos el rol de la barrera electrónica provista por la ferrita de Zn y laimportancia del acuerdo de la simetría y el parámetro de red entre las estructuras cristalinas del núcleo y el recubrimiento en la inhibición de la oxidación de los núcleos de Fe3O4.Palabras clave: óxidos de Fe; estabilidad química, nanopartículas core/shell; crecimientoepitaxial[1] L. K. Bogart, C. Blanco-Andujar, Q.A. Pankhurst, Appl. Phys. Lett. 113 (2018) 133701[2] A. Pratt, L. Lari, O. Hovorka, A. Shah, C. Woffinden, S.P. Tear, Binns, R. Kröger. Nat. Mater., 13,(2014) 1, 26.[3] K Yuan, SS Lee, W Cha, A Ulvestad, H Kim, B. Abdilla, N.C. Sturchio, P. Fenter, Nat. Comm., 10(2019) 1,703.