1 / 27

Superparamagnetsko ponašanje jednomolekulskih magneta Mn12 i Fe8

Superparamagnetsko ponašanje jednomolekulskih magneta Mn12 i Fe8. PMF-Fizički odsjek. 1. Osnovna magnetska svojstva materijala. 1. Dijamagntizam 2. Paramagnetizam 3. Feromagnetizam. Histereza. Domene. Superparamagnetizam. Frenkel i Dorfman (1930): jednodomenske čestice

khoi
Download Presentation

Superparamagnetsko ponašanje jednomolekulskih magneta Mn12 i Fe8

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Superparamagnetsko ponašanje jednomolekulskih magneta Mn12 i Fe8 PMF-Fizički odsjek

  2. 1. Osnovna magnetska svojstva materijala • 1. Dijamagntizam • 2. Paramagnetizam • 3. Feromagnetizam Histereza Domene

  3. Superparamagnetizam • Frenkel i Dorfman (1930): jednodomenske čestice • Kittel (1946): veličina uzorka 10-100 nm • Magnetski moment: 103-106 puta veći od atomskog

  4. Jednodomenske čestice a) izotropne čestice E=-Bcos;  je dana Brillouinovom tj. Langevinovom funkcijom b) uniaksijalne čestice: E=KVsin2 -Bcos;  se ne može opisati Langevinovom funkcijom • Anizotropija: • Magnetostatska • Magnetokristalinična • Magnetoelastična

  5. Jednodomenskeuniaksijalne čestice • Na višim temperaturama (kT>10KV)  kao za izotropne čestice • Na nižim temperaturama (kT<10KV) razdvajanje krivulja za paral. i okom. orijentaciju •  za nasumične uniaksijalne čestice isto kao  za izotropne čestice

  6. 2. Jednomolekulski magneti • Velik spin u osnovnom stanju • Zanemarivo međumolekulsko djelovanje Prednosti: • Identične čestice • Dobro definirana orijentacija • Poznat spin osnovnog stanja • Poznata simetrija • Poznata magnetska anizotropija • Jednostavna magnetska mjerenja

  7. Najzanimljiviji (do sada) • Mn12 • Fe8 • Spin osnovnog stanja S=10 • Velika magnetokristalinična anizotropija

  8. Mn12 • [Mn12O12(CH3COO)16(H2O)4]·2CH3COOH·4H2O • Sinteza: Lis, 1980. • 4 Mn+4 iona (tamno-ljubičasto) spin S=3/2 • 8 Mn+3 (svijetlo-ljubičasto) spin S=2 • Kisikovi atomi (crveno) • Ferimagnetsko vezivanje u osnovnom stanju: S=10 • S=9 za 50K iznad osnovnog

  9. Tetragonska simetrija kristala: a=1.73, b=c=1.24 nm; ===90° • Zanemarivo djelovanje između molekula Hamiltonijan Mn12: H = DSz2 + BSz4 + C(S+4 + S-4) + 0BgHSz 0=410-7, B=9.2710-24J/T, g2 HF-EPR: D/k=-0.56K, B/k=-1.1 10-3K i C/k=2.9 10-5K • Magnetska barijera: 65K • Uniaksijalni sustav

  10. Bez magnetskog polja U prisustvu mag. polja

  11. Kvantno tuneliranje magnetizacije • Ispod TB=3.5K histereza • Svakih 0H=0.46T, nagla promjena magnetizacije • T=2.5K

  12. Fe8 • [Fe8(tacn)6O2(OH)12]+8[Br89H2O]-8 gdje je tacn 1,4,7-triazaciklonan (N3C6H15) • Sinteza: Wieghardt, 1984. • 8 Fe+3 iona (zeleno) spin S=5/2 • Kisikovi atomi (crveno) • Antiferomagnetsko vez. u osnovnom stanju: S=10 • S=9 za 32K iznad osnovnog

  13. Triklinska simetrija a=1.05, b=1.41, c=1.50nm; =89.9, =109.7, =109.3° Zanemarivo djelovanje između molekula Kristal Fe8

  14. Hamiltonijan Fe8: H = DSz2 + E(Sx2 – Sy2) + 0BgHSz HF-EPR: D/k=-0.27K i E/k=0.046K • Magnetska barijera: 25K • Biaksijalni sustav • Transverzalni član: E1/6|D| • TB=1.3K • Skokovi na histerezi svakih 0H=0.22T • Ispod 300mK, relaksacija je temperaturno neovisna

  15. 3. Mjerenje • MPMS-5 (Magnetic Properties Measurement System) • Proizvođač: Quantum Design • SQUID (Superconducting Quantum Interferece Device) • Magnetski dipolni moment (u emu-ima) • Temperaturno područje: 1.7-400K • Magnetska polja: do 5.5T

  16. Uzorci • Monokristali Mn12 i Fe8 • Department of Chemistry and National High Magnetic Field Laboratory, Florida State University • Mase uzoraka: m(Mn12)=1. 61 10-6kg, m(Fe8)=0.72 10-6kg • Magnetski moment u ovisnosti o temperaturi • ZFC (Zero Field Cooling) mjerenja • Za dvije orijentacije kristala: paralelno i okomito na polje

  17. 4. Rezultati mjerenja 4.1 m(T)

  18. 4.2 mT(T) • Linearna ovisnost m(H) • m=m/(nH)

  19. Prosječna vrijednost: mT=1/3 (mT)paralelno + 2/3 (mT)okomito

  20. Odračunat dijamagnetski doprinos pozadine Y. Furukawa et al., Phys. Rev. B (2001) Naša mjerenja

  21. Curieov zakon: mT= 0NAg2 B2S(S+1)/3k • Spin S=10: mT=55 emuK/mol • 4 spina S=3/2 i 8 spinova S=2: mT=31.5 emuK/mol • 8 spinova S=5/2: mT=35 emuK/mol

  22. 4.3 Magnetska anizotropija • (0NAg2 B2S(S+1)/3k) mT u ovisnosti o E/kT • u log-lin skali • Model: Em’ = Dm’2 - 0BgHm’; S=10, m’ = -10,-9,....9,10

  23. 4.4 Prilagodba m(T) • Za paralelnu orijentaciju • 1.8-30K; za Mn12 iznad 3.5K • H = DSz2 + 0BgHSz • Em’ = Dm’2 - 0BgHm’ • Boltzmannova razdioba: m = A<m’> = A (m’e-Em’/kT) / (e-Em’/kT) gdje je: A=Ng B, m’ = -10,-9,...,0,...9,10 • Mathematica

  24. Za paralelnu orijentaciju • Za Fe8: • D/k = -(0.38±0.02) K • D0/k = -0.27 K • R = 40% • Za Mn12: • D/k = -(0.46±0.01) K • D0/k = -0.56 K • R = 20%

  25. 4.5 Utjecaj -zračenja na magnetizaciju • Fe8 • Negativan rezultat

  26. 5 Zaključak • Susceptibilnost Mn12 i Fe8 ne može se opisati Brillouinovom funkcijom • Prisustvo anizotropije • Na niskim temperaturama kod Mn12 spin je S=10, kod Fe8 prisutan je i spin S=9 • Na sobnim temperaturama, Mn i Fe spinovi nisu nezavisni • Doze -zračenje od 250 kGy nisu promijenila magnetska svojstva Fe8

More Related