Struktura i właściwości magnetyczne - Instytut Fizyki PAN

Rozdział 2
Wybrane zagadnienia dotyczące układów drobnych cząstek
2.1 Konsekwencje zmniejszania rozmiaru materiału do skali nanometrycznej
Właściwości magnetyczne cząstek o rozmiarach nanometrów róŜnią się od
właściwości odpowiadających im materiałów objętościowych [np. 33–35]. Jedną z przyczyn
takiego stanu rzeczy jest fakt, Ŝe w przeciwieństwie do materiałów objętościowych
(charakteryzujących się zazwyczaj strukturą wielodomenową), nanocząstki są
jednodomenowe. Wraz ze zmniejszaniem rozmiaru cząstek, w pewnym momencie ich energia
magnetyczna staje się porównywalna z energią termiczną. Wskutek tego pojawiają się
fluktuacje termiczne momentów magnetycznych cząstek, które silnie wpływają na ich
właściwości magnetyczne. Cechą charakterystyczną nanocząstek jest równieŜ to, Ŝe duŜy
procent ich całkowitej liczby atomów ulokowany jest na powierzchniach (lub w obszarach
międzyfazowych), gdzie lokalne otoczenie tych atomów (liczba koordynacyjna i symetria)
róŜni się znacznie od otoczenia atomów wewnętrznych. Zatem, w przypadku drobnych
cząstek, oprócz efektów rozmiarowych, znaczenia nabierają takŜe efekty powierzchniowe -
zwłaszcza, Ŝe zmniejszaniu wielkości cząstek, towarzyszy wzrost stosunku powierzchni do
objętości. W szczególności, złamanie symetrii na granicy cząstek moŜe dawać dodatkowe
przyczynki do całkowitej anizotropii magnetycznej układu nanocząstek (w postaci anizotropii
powierzchniowej oraz wkładu powierzchniowego do anizotropii magnetoelastycznej). Efekty
rozmiarowe i powierzchniowe cząstek prowadzić mogą do pewnych osobliwych zjawisk
fizycznych. Z pierwszymi, wiąŜe się zjawisko superparamagnetyzmu (opisane szczegółowo
w podrozdziale 2.4), a z drugimi – moŜliwe efekty zamraŜania typu szkła spinowego
w warstwie powierzchniowej cząstek. Na właściwości magnetyczne układu nanocząstek mają
ponadto duŜy wpływ oddziaływania magnetyczne pomiędzy cząstkami. Są to przede
wszystkim dalekozasięgowe oddziaływania dipolowe. Odgrywają one główną rolę
5