p (curvas) Histerese magnética de nanopartículas de Fe @ Fe3O4 de núcleo-casca a 5 K sob resfriamento de campo (+10 kOe). (imagens coloridas) Visualização em corte (micromagnética) de configurações de spin em uma nanopartícula de núcleo-casca durante uma varredura de campo sob condições de resfriamento de campo. Círculos preenchidos (verde, vermelho, e preto) representam momentos magnéticos no núcleo ferromagnético, escudo ferrimagnético, e interface core-shell, respectivamente. Pela simplicidade, cada domínio ferrimagnético na camada de casca é representado como uma rede de spin com um momento líquido. Linhas tracejadas demarcam os limites dos domínios cristalinos dentro da camada de casca, e os círculos abertos indicam spins residuais (não compensados) nos limites da superfície ou do domínio.
p O acoplamento de polarização de troca magnética entre o núcleo e a casca depende criticamente dos "spins congelados" que residem na interface entre os dois nanomateriais magnéticos diferentes, de acordo com usuários da Purdue University que trabalham com o Electronic &Magnetic Materials &Devices Group. p A população relativa de tais spins congelados pode ser modulada por parâmetros físicos externos, como a força do campo de resfriamento aplicado e o histórico de ciclos de varreduras de campo magnético (efeito de treinamento).
p Uma mudança mais complexa ocorre quando as nanopartículas núcleo-casca são envelhecidas em condições ambientais. Junto com a evolução estrutural de nanoestruturas núcleo-casca bem definidas para nanopartículas contendo vários vazios na interface, há um aumento significativo na população de spins congelados, ambos afetam as propriedades magnéticas.
p Core-shell Fe @ Fe
3 O
4 nanopartículas exibem viés de troca substancial em baixas temperaturas, mediada por momentos alinhados unidirecionalmente na interface núcleo-shell. Esses spins são congelados em alinhamento magnético com resfriamento de campo e são depinados de maneira dependente da temperatura.
p A população de tais spins congelados tem um impacto direto na coercividade (H
C ) e o campo de polarização de troca (H
E ), que são modulados por parâmetros físicos externos, como a força do campo de resfriamento aplicado e o histórico de ciclos de varreduras de campo magnético (efeito de treinamento).
p O envelhecimento das nanopartículas de núcleo-casca sob condições ambientais resulta em uma diminuição gradual na magnetização, mas retenção geral de H
C e H
E , bem como um grande aumento na população de spins congelados.
p Essas mudanças são acompanhadas por uma evolução estrutural de estruturas de núcleo-casca bem definidas para partículas contendo múltiplos vazios, atribuível ao efeito Kirkendall. A microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução e filtrada por energia indicam oxidação adicional da camada de revestimento, mas o núcleo de ferro está notavelmente bem preservado.
p O aumento da população de spin congelado com a idade é responsável pela retenção geral do viés de troca, apesar da formação de vazio e outras mudanças dependentes da oxidação. O campo de troca-polarização torna-se insignificante após a oxidação deliberada de Fe @ Fe
3 O
4 nanopartículas em partículas de casca de gema, com uma separação física quase completa do núcleo e da casca.
