Struktura i wÅaÅciwoÅci magnetyczne - Instytut Fizyki PAN
Struktura i wÅaÅciwoÅci magnetyczne - Instytut Fizyki PAN
Struktura i wÅaÅciwoÅci magnetyczne - Instytut Fizyki PAN
- No tags were found...
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
cząstki, V – objętością cząstki a K – stałą anizotropii <strong>magnetyczne</strong>j) określa barierę<br />
energetyczną E B separującą dwa równowaŜne minima energetyczne, które w zerowym<br />
zewnętrznym polu magnetycznym występują dla Θ = 0 oraz Θ = π [34]–[36]. Widać zatem,<br />
Ŝe wysokość tej bariery jest proporcjonalna do objętości cząstki i maleje gdy jej rozmiar się<br />
zmniejsza.<br />
Dla dostatecznie małego rozmiaru cząstki, energia anizotropii moŜe stać się<br />
porównywalna (lub mniejsza) z energią termiczną, nawet w niskich temperaturach. Energia<br />
cieplna powoduje wtedy pokonanie bariery energetycznej i prowadzi do spontanicznych<br />
fluktuacji wektora magnetyzacji cząstki od jednego kierunku łatwego do drugiego [35].<br />
O takiej cząstce mówimy, Ŝe jest ona superparamagnetyczna - momenty <strong>magnetyczne</strong>,<br />
obecnych w niej atomów, pozostają nadal sprzęŜone poprzez oddziaływania wymienne,<br />
a swobodnym fluktuacjom ulega wektor wypadkowej magnetyzacji M S cząstki. Zachowanie<br />
takie jest analogiczne do zachowania para<strong>magnetyczne</strong>go atomu z tą jednak róŜnicą, Ŝe<br />
cząstka superparamagnetyczna posiada znacznie większy moment magnetyczny niŜ<br />
pojedynczy atom (np. cząstka Fe o średnicy 10 nm zawiera ∼5 × 10 4 atomów [33 str. 353]).<br />
Z przejściem od stanu zablokowanego momentu <strong>magnetyczne</strong>go do stanu<br />
superpara<strong>magnetyczne</strong>go wiąŜe się pojęcie czasu relaksacji τ, tj. czasu wymaganego na obrót<br />
wektora M S cząstki pomiędzy dwoma stanami o minimalnej energii. Pojęcie to zostało<br />
wprowadzone po raz pierwszy przez Néela dla cząstki posiadającej anizotropię jednoosiową,<br />
dla której zmiana kierunku magnetyzacji zachodzi poprzez koherentną rotację spinów<br />
atomowych. Czas relaksacji wyraŜa prawo Arrheniusa [33]:<br />
⎛ KV ⎞<br />
τ = τ 0<br />
exp<br />
⎜<br />
⎟<br />
(2.4.9)<br />
⎝ k<br />
BT<br />
⎠<br />
gdzie: τ 0 – czynnik stały rzędu 10 -9 s, k B – stała Boltzmanna.<br />
Czas relaksacji τ silnie zaleŜy od objętości cząstki i rośnie wraz z jej wzrostem, np.: czasy<br />
relaksacji cząstek magnetytu o średnicach 10 nm i 20 nm (dla których K = 1.1 × 10 4 J/m 3<br />
w 300 K) wynoszą odpowiednio: τ 1 = 4 × 10 -9 s oraz τ 2 = 7 × 10 -5 s [39].<br />
Z daną techniką eksperymentalną wiąŜe się określony, charakterystyczny czas<br />
pomiaru τ m . MoŜna go uznać za graniczny czas relaksacji cząstek - taki, Ŝe dla czasów τ<br />
dłuŜszych od niego, momenty <strong>magnetyczne</strong> cząstek są stabilne. W pomiarach magnetyzacji<br />
metodą stałoprądową zwykle przyjmuje się τ m ≈ 10 2 s [34], co według zaleŜności (2.4.9)<br />
odpowiada barierze energetycznej KV = 25 k B T. Dla cząstek o danej objętości moŜna zatem<br />
określić tzw. temperaturę blokowania T B , czyli temperaturę przejścia od stanu stabilnego<br />
10