Nanopartikel magnetik dan resonans superparamagnet (2) "Struktur dan keadaan elektronik nanopartikel magnetik"

Apabila kita menganggap zarah sebagai sfera, parameter S_s, iaitu nisbah luas permukaan (S=4𝜋𝑟²) kepada isipadunya , dinyatakan sebagai

Luas permukaan adalah dalam perkadaran songsang dengan jejari zarah. S_s ialah luas permukaan tertentu, dan 𝑟 ialah jejari zarah. Rajah 1 menunjukkan hubungan antara diameter sfera dan luas permukaan tertentu yang dikira mengikut persamaan. (1). Plot ini memberitahu kita bahawa luas permukaan jirim mesoskopik adalah sangat besar.
Kebesaran unik bagi kawasan permukaan tertentu ini memberi kesan ketara kepada sifat fizikal bahan zarah pesanan nano. Ini kerana permukaan menimbulkan antara muka tidak selanjar, dan boleh menjana keadaan elektron yang berbeza daripada kristal seragam dan berkala di kawasan dalam zarah.

Rajah 3 Spektrum SPR bagi Fe₃O₄ penyebaran zarah nano magnetik dalam toluena (0.625 mg / mL), imej yang diperoleh menggunakan TEM (JEM-2100Plus, Voltan pecutan ialah 200 kV) dan taburan saiz zarah, (a) dengan diameter 5 nm, (b) 10 nm, dan (c) 20 nm.

Putaran elektron yang terletak dalam persekitaran yang berbeza mempunyai jarak tahap tenaga dan interaksi intrinsik yang berbeza. Oleh itu, setiap laluan kelonggaran atau halaju oleh pengujaan gelombang mikro adalah tidak sama, putaran masing-masing mempunyai masa kelonggaran yang unik (kelonggaran kekisi putaran : T₁, kelonggaran spin-spin : T₂). Oleh kerana masa kelonggaran putaran ferromagnet biasa adalah sangat singkat, pemerhatian langsung masa kelonggaran adalah sangat sukar. Walau bagaimanapun, pengukuran pergantungan kuasa gelombang mikro (sifat tepu) membolehkan untuk membezakan putaran yang berbeza.
Spektrum yang ditunjukkan dalam Rajah 4 ialah variasi kuasa penyinaran resonans superparamagnet oleh MNPs (Fe₃O₄). Dapat dilihat bahawa setiap spektrum terdiri daripada dua komponen iaitu luas satu dan sempit (g ~ 2) satu. Apabila diameter zarah semakin kecil, nisbah komponen sempit semakin meningkat. Komponen yang sempit mudah tepu, tetapi ia g-nilai dan lebar garis adalah malar. Sebaliknya, komponen luas tidak tepu walaupun melebihi 160 mW, dan lebar taliannya meningkat dengan tahap kuasa. Sifat spektrum ini membayangkan dua putaran berbeza yang berbeza dalam zarah, dan ia membawa kepada menyokong model struktur cangkerang teras MNP.^[2].

Rajah 4 Kebergantungan kuasa gelombang mikro spektrum SPR Fe₃O₄ penyebaran nanozarah magnet dalam toluena (0.625 mg / mL) dan pembelauan elektron, dengan diameter (a) 5 nm, (b) 10 nm, dan (c) 20 nm.

* Corak pembelauan elektron diperoleh menggunakan JEM-2100Plus (voltan pecutan ialah 200 kV). Tiga corak pembelauan nanozarah magnet seperti ditunjukkan dalam (a) - (c) adalah bertepatan dengan corak pembelauan Fe yang diketahui.₃O₄.

Pencirian zarah nano magnetik oleh spektrum FMR/SPR berbilang frekuensi

Rajah 5 Spektrum ESR magnetit (Fe₃O₄) zarah dengan diameter berbeza menggunakan berbilang frekuensi.

(a) Spektrum FMR jalur X Fe₃O₄ serbuk dengan diameter 50 – 100 nm. (b) Spektrum SPR jalur X Fe₃O₄ penyebaran zarah nano magnetik dalam toluena (0.625 mg / mL). (c) Spektrum jalur Q bagi (a). (d) Spektrum jalur Q bagi (b). Spektrum jalur Q diperoleh menggunakan ES-SQ5 (seperti gambar di atas).

Kami menunjukkan spektrum ESR berbilang frekuensi MNPs (Fe₃O₄) dalam Rajah.5. Ini diperoleh dengan spektrometer jalur X (9.4 GHz) dan jalur Q (35 GHz). Gelombang mikro tidak boleh menembusi bahan konduktif melebihi kedalaman kulit, yang bergantung pada kekerapan. Lebih pendek kedalaman kulit, lebih herot corak spektrum ESR dalam Dysonian. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah.5 (a) dan (c), spektrum jalur-Q adalah corak Dysonian yang lebih herot berbanding jalur-X. Iaitu, magnetit dengan julat diameter ini mempunyai kekonduksian elektrik seperti kristal pukal serta ferimagnetisme. Dalam kes MNP, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah.5 (b) dan (d), nisbah komponen sempit ciri MNP berkurangan secara drastik dalam spektrum jalur Q. Watak spektrum serupa maghemit (γ-Iman₂O₃) MNP, iaitu oksida besi yang terdiri daripada komposisi yang berbeza, dilaporkan dalam kesusasteraan sebelumnya^[4], juga. Tenaga yang mengujakan (hv) gelombang mikro jalur-Q adalah 4 kali lebih besar daripada gelombang-X. Oleh itu, ia ditafsirkan bahawa superparamagnetisme yang unik mungkin lemah disebabkan penurunan turun naik haba^[4].