Estudio Monte Carlo del Comportamiento Magnético de Sistemas de Nanopartículas Monodominios Interactuantes

K. A. TAPIA VILLARROEL; M. A. BAB; G. P. SARACCO

Taller; XVII Taller Regional de Física Estadística y Aplicaciones a la Materia Condensada, TREFEMAC 2019; 2019

Los sistemas de nanopartículas magnéticas inmersas en matrices poliméricas o geles son objetode un gran interés en los últimos tiempos. Cuando el tamaño de estas partículas es reducido por debajode un tamaño crítico, se comportan como monodominios y emerge un comportamientosuperparamagnético. Estos sistemas presentan una importante variedad de potenciales aplicaciones quevan desde el almacenamiento de información a biomedicina. En el último caso, se utilizan para eldiagnóstico y el tratamiento de enfermedades mediante el transporte y la liberación controlada defármacos. La anisotropía magnética de las nanopartículas es la que origina el fenómeno de bloqueo ensus momentos, el cual está caracterizado por la temperatura de bloqueo a partir de la cual ocurre latransición al estado superparamagnético. Esta temperatura no es una temperatura de transición en elsentido termodinámico, ya que no solo depende de las propiedades intrínsecas del sistema, sino tambiénde las condiciones experimentales, como ser el tiempo de medición, por ejemplo.El caso de nanopartículas con anisotropía uniaxial ha sido modelado por el halmitoniano deStoner-Wohlfarth (SW) que incluye al término de Zeeman y la energía de anisotropía. Este considerapartículas con el mismo momento magnético, impedidas de rotar, es decir, que el proceso de relajaciónse da por la inversión del momento magnético a través de la barrera de energía definida por la anisotropíay el campo externo. Mediante simulaciones Monte Carlo es posible incorporar fluctuaciones térmicas einteracciones dipolares magnéticas, ejerciendo un control preciso de los parámetros físicos relevantes ydevelando los mecanismos involucrados. Nuestras simulaciones, utilizando tasas de transición deMetrópolis y restricciones de ángulo sólido, permitiendo obtener los ciclos de histéresis a diferentestemperaturas, así como también estudiar la influencia de las interacciones dipolares en el campocoercitivo y la temperatura de bloqueo.Los sistemas estudiados están compuestos por nanopartículas de hierro con diámetro D =7.5nm, dispuestas en posiciones aleatorias dentro de una caja cúbica del lado L = nD (con n = 100, 50, 25,18 y 12). A partir de los ciclos de histéresis, el campo coercitivo y la magnetización de saturación seobtuvieron en función de la densidad de partículas, la temperatura y el ángulo entre el eje de anisotropíay el campo externo. Nuestros hallazgos verifican que el campo coercitivo disminuye con la temperatura yel ángulo, y además indican que aumenta con la densidad a altas temperaturas. Para obtener latemperatura de bloqueo se propuso una forma funcional para el campo coercitivo en función de latemperatura, basada en la correspondiente para el caso no interactuante. De esta manera, se concluyóque la temperatura de bloqueo aumenta con la densidad y, en consecuencia, con la intensidad de lasinteracciones dipolares.