Inversión catiónica en nanopartículas Core-Shell

M.E. SALETA; G.C. LAVORATO; SANTIAGO J. A. FIGUEROA; JUNIOR C. MAURICIO; D. TOBIA; E. LIMA JR.; E.L. WINKLER; R.D. ZYSLER

Buenos Aires

Conferencia; XIV Reunión Anual de la Asociación Argentina de Cristalografía; 2018

AACR

El uso de nanopartículas magnéticas (NP) en diferentes aplicaciones exige el diseño de nuevos materiales con propiedades fisicoquímicas determinadas. El desarrollo de nuevos materiales para el almacenamiento de datos de alta densidad, o nuevos imanes permanentes, exige nuevos sistemas con mejoras en la anisotropía magnética efectiva y estabilidad térmica del momento magnético. El gran avance en las rutas de fabricación logradas durante los últimos años, promovió el diseño y la fabricación de nanopartículas con estructura core/shell. La posibilidad de combinar materiales con diferentes composiciones, tamaños y anisotropías en una sola NP aumenta los grados de libertad para diseñar nuevos sistemas. En consecuencia, también ha aumentado la complejidad de tales sistemas y son necesarios estudios detallados de la composición del core y el shell, la estructura cristalina, los efectos de superficie e interacciones magnéticas ya que representan un paso esencial para comprender y manipular su respuesta magnética estática y dinámica.Con el objetivo de controlar el acoplamiento de intercambio en la interfaz AFM/FM, hemos fabricado una serie de NPs bimagnéticas cambiando la composición del shell. El sistema consiste en NPs de CoO (d = 3nm) recubiertas por una capa de 4 nm de Co1-xZnxFe2O4. Una caracterización magnética muestra que el HC disminuye monótonamente con el contenido de Zn, mientras que el campo de exchange bias presenta un comportamiento no monótono (máximo en concentraciones intermedias). Estos resultados indican que este es un sistema prometedor para explorar nuevas estrategias para ajustar las propiedades magnéticas. Para dilucidar la evolución de las propiedades magnéticas con la composición, se estudió la estructura y el grado de inversión de la espinela que constituye el shell utilizando la técnica de espectroscopia de absorción de rayos X (XAS). Hemos medido los espectros XAS de las NPs y tres muestras bulk CoFe2O4 (CFO), ZnFe2O4 (ZFO) y Fe3O4 ([Fe] T [Fe] O 2O4) en diferentes bordes de absorción (bordel K del Fe, Co y Zn). En la región de pre-pico, borde K-Fe, hemos observado que su posición y su forma no varían entre las NPs, el CFO (parcialmente invertido) y Fe3O4 evidenciando un grado de inversión en la espinela. Por otro lado, si analizamos los datos del borde Zn, la forma de losespectros no varía con el contenido de Zn (Co). Este resultado indicaría la presencia de interdifusión parcial en la interfaz, que se evidencia en la muestra con x=1. Un análisis cualitativo de la Transformada de Fourier de los datos brindó información sobre la ocupación de los diferentes cationes dentro de la estructura de espinela (sitios tetraédricos "T" u octaédricos "O"). Para las NPs y las espinelas bulk, están presentes las distancias "O" y "T" tanto en los bordes K del Fe y Co. Para los datos del borde K-Zn, solo los picos "T" están presentes en los espectros (NPs y ZFO). La ausencia del pico "O" es una condición suficiente para excluir la ocupación del sitio octaédrico por los átomos de Zn. Estos resultados refuerzan la inversión entre los iones Fe y Co en la espinela Co1-xZnxFe2O4 del shell.