The magnetic properties of antiferromagnetic nanoparticles: NiO and -Fe2O3

Nikkel oxid (NiO) og hematit -Fe2O3) er begge antiferromagneter med magnetiske egenskaber på nanoskala, som er forskellige fra dem i større krystaller. Med hovedvægt på nanopartikler af NiO og sammenligninger med nanopartikler af hematit studeres disse magnetiske egenskaber med en række forskellige eksperimentelle teknikker: elastisk og uelastisk neutronspredning, Mössbauer spektroskopi, Röntgen diffraktion, transmissionselektron mikroskopi og vibrerende prøve magnetometri. Kendskab til størrelsen og formen af partiklerne er en ofte overset forudsætning for studier af de magnetiske egenskaber. Nanopartiklerne af NiO vises at være pladeformede med (111) planer som flader, en tykkelse på omkring 2.3 nm og en diameter på omkring 13 nm. Den magnetiske struktur er magen til den i større krystaller, med spinene holdt i (111) planerne. Målinger af spindynamikken afslører en værdi af den magnetiske anisotropi som retter spinene ind efter en let retning i planerne, og som er væsentlig større end værdien i større krystaller. Sammenkitningen af partiklerne har en vigtig indflydelse på partiklernes magnetiske egenskaber. I begge materialer påvirker exchange vekselvirkninger imellem partiklerne spindynamikken stærkt, resonans energien af spin bølger med nul bølge vektor (q = 0) øges og den termisk drevne relaksation af spinene, kendt som superparamagnetisme, undertrykkes. Denne vekselvirkning imellem partiklerne kan overraskende reduceres betydeligt ved simpel mekanisk behandling som knusning i en morter med hånden. Nanopartikler af antiferromagnetiske materialer vil have et ukompenseret magnetisk moment, der opstår ved endelige partikelstørrelser på grund af overskydende spin på det ene undergitter. Dette ukompenserede moment kvantiseres i NiO nanopartiklerne og findes at være uafhængigt af sammenkitningen af partiklerne. Den nyligt implementerede monokromatiske "billededannende mode" af RITA-II tre-akse neutronspektrometeret på Paul Scherrer Instituttet i Schweiz beskrives. Brugen af denne til at måle uelastisk neutronspredningsdata fra prøver af NiO nanopartikler og fordelene ved at bruge en sådan multiblads mode demonstreres.