Struktura i właściwości magnetyczne - Instytut Fizyki PAN

w układzie, czego dowodzi brak efektów zamraŜania typu szkła spinowego w niskich
temperaturach.
2.6 Struktura cząstek: cząstki typu rdzeń – powłoka
W przypadku drobnych cząstek metalicznych, wytworzonych metodą kondensacji
z fazy gazowej, zaobserwowano, Ŝe ich kształt jest w przybliŜeniu sferyczny, a ewentualne
odstępstwo od tego kształtu rośnie wraz ze zwiększaniem ich rozmiaru [33]. Jeśli chodzi
o właściwości strukturalne takich cząstek, to bardzo duŜo opublikowanych na ten temat prac
dotyczy nanocząstek Ŝelaza [np.: 11–18, 61]. W oparciu o wyniki badań tych cząstek,
uzyskane z wielu metod doświadczalnych, takich jak: dyfrakcja rentgenowska, spektroskopia
mössbauerowska, transmisyjna mikroskopia elektronowa (zwłaszcza transmisyjna
mikroskopia elektronowa wysokiej rozdzielczości HRTEM) czy pomiary magnetyczne -
stwierdzono, Ŝe cząstki te mają strukturę typu ,,rdzeń – powłoka”, w której metaliczny rdzeń
α-Fe otoczony jest zewnętrzną warstwą tlenkową γ-Fe 2 O 3 i/lub Fe 3 O 4 . W pomiarach
mössbauerowskich zaobserwowano ponadto efekty fluktuacji superparamagnetycznych
w powłoce tlenkowej tych cząstek, co sugerowało, Ŝe warstwa powierzchniowa nie jest
ciągła, a składa się z krystalitów tlenkowych o bardzo małych rozmiarach, zorientowanych
w róŜnych kierunkach w stosunku do rdzeni cząstek.
W miarę zmniejszania rozmiaru cząstek, wzrasta stosunek ich powierzchni do
objętości, jak równieŜ rośnie procent atomów (spinów) ulokowanych na powierzchni,
np. w cząstce fcc-Co o średnicy 1.6 nm, zawierającej około 200 atomów, spiny
powierzchniowe stanowią 60 % całkowitej liczby spinów [36]. Z kolei w 20 nm klasterze Ni,
utworzonym przez 923 atomy, atomy powierzchniowe stanowią ∼39 % wszystkich atomów
[62]. Właściwości magnetyczne powierzchni cząstki mogą znacznie róŜnić się od właściwości
magnetycznych jej rdzenia wskutek: (i) złamania symetrii translacyjnej kryształu na granicy
cząstki, a co za tym idzie - róŜnego otoczenia atomów (niŜsza koordynacja spinów na
powierzchni), (ii) istnienia zerwanych wiązań bądź luk pomiędzy atomami (np. wakansy
tlenowe), (iii) niejednorodności składu chemicznego czy teŜ (iv) obecności innego rodzaju
defektów. O ile w obrębie rdzenia cząstki moŜna spodziewać się uporządkowania momentów
atomowych podobnego do tego, jakie występuje w materiale objętościowym, o tyle
powierzchnię cząstek moŜe charakteryzować niekolinearna struktura spinowa oraz
zachowanie magnetyczne typu szkła spinowego [60, 63–66].
19