Temperature evolution of the effective magnetic anisotropy in the MnCr2_2O4_4 spinel

In this work we present a study of the low temperature magnetic phases of polycrystalline MnCr$_2$O$_4$ spinel through dc magnetization and ferromagnetic resonance spectroscopy (FMR). Through these experiments we determined the main characteristic temperatures: T$_C$ $\sim$41 K and T$_H$ $\sim$18 K corresponding, respectively, to the ferrimagnetic order and to the low temperature helicoidal transitions. The temperature evolution of the system is described by a phenomenological approach that considers the different terms that contribute to the free energy density. Below the Curie temperature the FMR spectra were modeled by a cubic magnetocrystalline anisotropy to the second order, with $K_1$ and $K_2$ anisotropy constants that define the easy magnetization axis along the direction. At lower temperatures, the formation of a helicoidal phase was considered by including uniaxial anisotropy axis along the [1-10] propagation direction of the spiral arrange, with a $K_u$ anisotropy constant. The values obtained from the fittings at 5 K are $K_1$=-2.3x10$^4$ erg/cm$^3$, $K^2$=6.4x10$^4$ erg/cm$^3$ and $K_u$=7.5x10$^4$ erg/cm$^3$.Comment: 21 pages, 6 figure

Reactive Oxygen Species in Emulated Martian Conditions and Their Effect on the Viability of the Unicellular Alga Scenedesmus dimorphus

Formation of oxygen-based free radicals from photochemical decomposition of hydrogen peroxide (H2O2) on Mars may be a key factor in the potential survival of terrestrial-like organisms on the red planet. Martian conditions that generate reactive oxygen species involve the decomposition of H2O2 at temperatures of around 278 K under relatively high doses of C-band ultraviolet radiation (UVC). This process is further amplified by the presence of iron oxides and perchlorates. Photosynthetic organisms exhibit a number of evolutionary traits that allow them to withstand both oxidative stress and UVC radiation. Here, we examine the effect of free radicals produced by the decomposition of H2O2 under emulated martian conditions on the viability of Scenedesmus dimorphus, a unicellular alga that is resistant to UVC radiation and varying levels of perchlorate and H2O2, both of which are present on Mars. Identification and quantification of free radicals formed under these conditions were performed with Electron Paramagnetic Resonance spectroscopy. These results were correlated with the viability of S. dimorphus, and the formation of oxygen-based free radicals and survival of the alga were found to be strongly dependent on the amount of H2O2 available. For H2O2 amounts close to those present in the rarefied martian environment, the products of these catalytic reactions did not have a significant effect on the algal population growth curve.Fil: Bagnato, Carolina. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche.; ArgentinaFil: Nadal, Marcela. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche.; ArgentinaFil: Tobia, Dina. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche.; ArgentinaFil: Raineri Andersen, Mariana. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche.; ArgentinaFil: Vasquez Mansilla, Marcelo. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche.; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Investigación y Aplicaciones No Nucleares. Gerencia de Física. Laboratorio de Resonancias Magnéticas; ArgentinaFil: Winkler, Elin Lilian. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche.; ArgentinaFil: Zysler, Roberto Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche.; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Investigación y Aplicaciones No Nucleares. Gerencia de Física. Laboratorio de Resonancias Magnéticas; ArgentinaFil: Lima, Enio Junior. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche.; Argentin

Size-Dependent passivation shell and magnetic properties in antiferromagnetic/ferrimagnetic core/shell MnO nanoparticles

The magnetic properties of bimagnetic core/shell nanoparticles consisting of an antiferromagnetic MnO core and a ferrimagnetic passivation shell have been investigated. It is found that the phase of the passivation shell (γ-Mn2O3 or Mn3O4) depends on the size of the nanoparticles. Structural and magnetic characterizations concur that while the smallest nanoparticles have a predominantly γ-Mn2O3 shell, larger ones have increasing amounts of Mn3O4. A considerable enhancement of the Néel temperature, TN, and the magnetic anisotropy of the MnO core for decreasing core sizes has been observed. The size reduction also leads to other phenomena such as persistent magnetic moment in MnO up to high temperatures and an unusual temperature behavior of the magnetic domains

Free-Radical Formation by the Peroxidase-Like Catalytic Activity of MFe2O4 (M = Fe, Ni, and Mn) Nanoparticles

Ferrite magnetic nanoparticles (MNPs) have peroxidase-like activity and thus catalyze the decomposition of H2O2-producing reactive oxygen species (ROS). Increasingly important applications of these ferrite MNPs in biology and medicine require that their morphological, physicochemical, and magnetic properties need to be strictly controlled. Usually, the tuning of their magnetic properties is achieved by the replacement of Fe by other 3d metals, such as Mn or Ni. Here, we studied the catalytic activity of ferrite MNPs (MFe2O4, M = Fe2+/Fe3+, Ni, and Mn) with the mean diameter ranging from 10 to 12 nm. Peroxidase-like activity was studied by electron paramagnetic resonance (EPR) using the spin-trap 5,5-dimethyl-1-pyrroline N-oxide at different pHs (4.8 and 7.4) and temperatures (25 and 40 °C). We identified an enhanced amount of hydroxyl (•OH) and perhydroxyl (•OOH) radicals for all samples, compared to a blank solution. Quantitative studies show that [•OH] is the dominant radical formed for Fe3O4, which is strongly reduced with the concomitant oxidation of Fe2+ or its substitution (Ni or Mn). A comparative analysis of the EPR data against in vitro production of ROS in microglial BV2 cell culture provided additional insights regarding the catalytic activity of ferrite MNPs, which should be considered if biomedical uses are intended. Our results contribute to a better understanding of the role played by different divalent ions in the catalytic activity of ferrite nanoparticles, which is very important because of their use in biomedical applications.Fil: Moreno Maldonado, Ana Carolina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; ArgentinaFil: Winkler, Elin Lilian. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche | Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche; ArgentinaFil: Raineri Andersen, Mariana. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche.; ArgentinaFil: Toro Córdova, Alfonso. Universidad de Zaragoza; EspañaFil: Rodriguez, Luis Miguel. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche.; ArgentinaFil: Troiani, Horacio Esteban. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Mojica Pisciotti, Mary Luz. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche.; ArgentinaFil: Vasquez Mansilla, Marcelo. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche.; ArgentinaFil: Tobia, Dina. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche.; ArgentinaFil: Nadal, Marcela. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Investigación y Aplicaciones No Nucleares. Gerencia de Física. Laboratorio de Resonancias Magnéticas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología; ArgentinaFil: Torres Molina, Teobaldo Enrique. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Investigación y Aplicaciones No Nucleares. Gerencia de Física. Laboratorio de Resonancias Magnéticas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología; ArgentinaFil: de Biasi, Emilio. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche.; ArgentinaFil: Ramos, Carlos A.. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Investigación y Aplicaciones No Nucleares. Gerencia de Física. Laboratorio de Resonancias Magnéticas; ArgentinaFil: Goya, Gerardo Fabian. Universidad de Zaragoza; EspañaFil: Zysler, Roberto Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche.; ArgentinaFil: Lima, Enio Junior. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche.; Argentin

Origin of the large dispersion of magnetic properties in nanostructured oxides: FexO/Fe3O4 nanoparticles as a case study

The intimate relationship in transition-metal oxides between stoichiometry and physiochemical properties makes them appealing as tunable materials. These features become exacerbated when dealing with nanostructures. However, due to the complexity of nanoscale materials, establishing a distinct relationship between structure-morphology and functionalities is often complicated. In this regard, in the FexO/Fe3O4 system a largely unexplained broad dispersion of magnetic properties has been observed. Here we show, thanks to a comprehensive multi-technique approach, a clear correlation between magneto-structural properties in large (45 nm) and small (9 nm) FexO/Fe3O4 core/shell nanoparticles that can explain the spread of magnetic behaviors. The results reveal that while the FexO core in the large nanoparticles is antiferromagnetic and has bulk-like stoichiometry and unit-cell parameters, the FexO core in the small particles is highly non-stoichiometric and strained, displaying no significant antiferromagnetism. These results highlight the importance of ample characterization to fully understand the properties of nanostructured metal oxide

Reply to "comment on 'Free-Radical Formation by the Peroxidase-Like Catalytic Activity of MFe2O4 (M = Fe, Ni, and Mn) Nanoparticles'"

Recently we have reported a qualitative, quantitative and reproducible study of the generation of free radicals as a result of the surface catalytic activity of Fe3O4, Fe2O3, MnFe2O4 and NiFe2O4 nanoparticles as a function of the Fe2+/Fe3+ oxidation state under different pHs (4.8 and 7.4) and temperatures (25 ºC and 40 ºC) condition. These results were contrasted with those obtained from the in vitro experiments in BV2 cells incubated with dextran-coated magneticnanoparticles. Based on these results we affirm that our ferrite magnetic nanoparticles catalyze the formation of free radicals and the decomposition of H2O2 by a ?peroxidase-like? activity. In a comment on this article, Meunier and A. Robert question two points: First they assert that the measured free radicals are not produced by a peroxidase reaction. Also, based on a different normalization method from those reported in our work, they also discuss that the reaction is not catalytic. Here we reply the arguments of the authors about these two points.Fil: Moreno Maldonado, Ana Carolina. Instituto de Nanociencia de Aragón; ; EspañaFil: Winkler, Elin Lilian. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología; ArgentinaFil: Raineri Andersen, Mariana. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología; ArgentinaFil: Toro Cordova, Alfonso. Universidad de Zaragoza; EspañaFil: Rodriguez, Luis Miguel. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología; ArgentinaFil: Troiani, Horacio Esteban. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Mojica Pisciotti, Mary Luz. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Vasquez Mansilla, Marcelo. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología; ArgentinaFil: Tobia, Dina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología; ArgentinaFil: Nadal, Marcela. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología; ArgentinaFil: Torres Molina, Teobaldo Enrique. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología; ArgentinaFil: de Biasi, Emilio. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología; ArgentinaFil: Ramos, Carlos Alberto. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología; ArgentinaFil: Goya, Gerardo Fabian. Universidad de Zaragoza; EspañaFil: Zysler, Roberto Daniel. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología; ArgentinaFil: Lima, Enio Junior. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología; Argentin

Origin of the large dispersion of magnetic properties in nanostructured oxides: FexO/Fe3O4 nanoparticles as a case study

The intimate relationship between stoichiometry and physicochemical properties in transition-metal oxides makes them appealing as tunable materials. These features become exacerbated when dealing with nanostructures. However, due to the complexity of nanoscale materials, establishing a distinct relationship between structure-morphology and functionalities is often complicated. In this regard, in the FexO/Fe3O4 system a largely unexplained broad dispersion of magnetic properties has been observed. Here we show, thanks to a comprehensive multi-technique approach, a clear correlation between the magneto-structural properties in large (45 nm) and small (9 nm) FexO/Fe3O4 core/shell nanoparticles that can explain the spread of magnetic behaviors. The results reveal that while the FexO core in the large nanoparticles is antiferromagnetic and has bulk-like stoichiometry and unit-cell parameters, the FexO core in the small particles is highly non-stoichiometric and strained, displaying no significant antiferromagnetism. These results highlight the importance of ample characterization to fully understand the properties of nanostructured metal oxides

Efectos de superficie e interacción de intercambio en nanopartículas magnéticas.

En este trabajo se presenta un estudio de las propiedades magnéticas de sistemas de nanopartículas compuestos por materiales de diferentes características magnéticas. Este estudio está motivado por el creciente interés que existe en la miniaturización de sistemas y en el desarrollo de nanoestructuras destinadas a diversas aplicaciones tecnológicas. Para poder diseñar un nuevo material es muy importante conocer a priori la evolución de sus propiedades físicas y químicas con el tamaño del sistema, ya que éstas pueden diferir considerablemente respecto de los materiales masivos. El objetivo principal de esta tesis es el estudio de sistemas de nanopartículas bimagnéticas, analizando los efectos de superficies e interfaces cuando el tamaño de las mismas se reduce. Para poder analizar e interpretar el comportamiento en estos sistemas más complejos, también se caracterizaron en forma independiente las fases puras que los constituyen. Las nanopartículas estudiadas en este trabajo fueron sintetizadas por ruta química, lo cual permitió obtener en general sistemas con baja dispersión de tamaños y buena cristalinidad. Las propiedades magnéticas fueron estudiadas en función de campo aplicado y temperatura por magnetización-dc, susceptibilidad-ac y resonancia de espín electrónico (ESR). La caracterización morfológica y estructural de las muestras se realizó empleando diferentes técnicas de microscopía, espectroscopía y difracción, que incluyen microscopía electrónica de transmisión (TEM), difracción de rayos-x (XRD), espectroscopía de fotoelectrones de rayos-x (XPS), espectroscopia electrónica de pérdidas de energía (EELS) y difracción de neutrones. En primer lugar se analizó la evolución de las propiedades magnéticas como función del tamaño para sistemas de nanopartículas antiferromagnéticas (AFM) de Cr_2O_3, desde el sistema masivo, hasta nanopartículas de ~ 6 nm de diámetro. Se encontró que a medida que el tamaño de las partículas disminuye, aumenta el desorden estructural y magnético en la superficie. Al reducir el tamaño desde el sistema masivo hasta nanopartículas con diámetros del orden de 30 nm se observó una disminución en la anisotropía magnética, asociada a una reducción de la anisotropía magnetocristalina. Para diámetros menores a 30 nm, el volumen de celda presenta una contracción más importante y se observa un aumento en el campo de irreversibilidad y en el campo coercitivo. Por debajo de este tamaño los efectos de superficie comienzan a gobernar el comportamiento magnético y se observa un aumento en la anisotropía efectiva, asociado al incremento de la anisotropía de superficie. Para analizar la evolución de la anisotropía efectiva en todo el intervalo de tamaños estudiados, se presenta un modelo fenomenológico basado en la evolución del orden estructural y magnético interno con el tamaño. Por otro lado, se estudió el comportamiento magnético de nanopartículas ferromagnéticas (FM) de Co de ~ 1.5 nm de diámetro embebidas en una matriz diamagnética de Al_2O_3 y en una matriz antiferromagnética de Cr_2O_3. A parir de los resultados de mediciones magnéticas en uno y otro sistema se obtuvo evidencia del importante aumento en la estabilidad magnetotérmica cuando las nanopartículas de Co se encuentran rodeadas por los espines de Cr ordenados antiferromagnéticamente. Cuando las nanopartículas de Co están embebidas en la matriz de Al_2O_3 muestran el típico comportamiento de un sistema de momentos magnéticos independientes que se bloquean al disminuir la temperatura, de acuerdo a su anisotropía de partícula monodominio, exhibiendo una temperatura de bloqueo de 14 K. En cambio, cuando las nanopartículas de Co están embebidas en la matriz AFM, se observa un importante aumento en la anisotropía magnética efectiva. El acoplamiento de los espines en la interfaz FM/AFM, conocido como exchange-bias, provee una fuente adicional de anisotropía que permite llevar el límite superparamagnético a temperatura ambiente. La evolución del campo de exchange-bias con la temperatura sigue una función tipo Brillouin, y fue analizada en base al modelo de pared de dominio ferromagnético incompleta (IDW). Debido al reciente desarrollo de nuevos métodos de síntesis, en los últimos años ha cobrado gran interés el estudio de nuevos sistemas de nanopartículas bimagnéticas tipo core/shell, en los cuales las propiedades del core y del shell puedan ser controladas en forma independiente. En este contexto, en este trabajo también se presenta un estudio de las propiedades magnéticas de sistemas de nanopartículas bimagnéticas tipo carozo/cáscara (core/shell) que constan de un carozo o núcleo antiferromagnético de MnO recubierto por una superficie ferrimagnética (FiM) cuya composición cambia según el tamaño de las nanopartículas de MnO. Estos sistemas se conocen con el nombre de core/shell “invertidos” ya que en este caso es la componente AFM la que compone el core de las nanopartículas (contrariamente al típico caso en el que se tiene un core FM o FiM). Esto permite estudiar las propiedades magnéticas como función del tamaño del core AFM. Las nanopartículas más grandes presentan principalmente una superficie de Mn_3O_4, donde los iones de Mn tienen estados de oxidación 2+ y 3+ . Sin embargo, cuando disminuye el tamaño de las nanopartículas de MnO, aumenta de manera considerable la densidad de defectos en la superficie y en ese caso la fase γ-Mn_2O_3, donde todos los iones de manganeso son Mn”3+, pasa a ser la fase más estable para la superficie. Estos sistemas presentan propiedades interesantes, como altos campos coercitivos y de exchange-bias y aumento de la anisotropía del core. A lo largo de este trabajo doctoral se estudiaron sistemas de nanopartículas magnéticas con diferentes características, tanto en fases puras como en compuestos bimagnéticos. En todos los casos se encontró evidencia de un incremento del desorden superficial al reducir el tamaño de las partículas. Los parámetros que determinan el comportamiento magnético de cada sistema resultaron fuertemente dependientes de los efectos de tamaño finito e interfaces

Experimental study of Bernoulli's equation with losses

Aceptado para su publicación en el Am. J. Phys. Oct. 2004 47.17.+e, 47.27.Wg, 62.10.+s, 0150Pa, 07.05.Fb, 07.05.Kf, 07.07.Hj The purpose of this work is to present a simple and inexpensive experiment to study the drainage of a cylindrical vessel. The experimental set up consists of a transparent cylinder and a web cam or a digital camera connected to a computer. The model proposed to explain the results makes use of Bernoulli's equation for real flows that includes energy losses. The experiment allows us to test thoroughly the implication of the model and to extract the relevant parameter associated with the energy losses. The experimental results can be nicely explained by the model, which is a generalization of Torricelli's expression, and clearly illustrate the utility of the extended Bernoulli equation for real fluids

Effect of transition metal doping on the crystal structure and oxidation state of Sr2MgMo0.9TM0.1O6− compounds (TM = Co, Mn or Ni)

We analyse the effects of the partial replacement of Mo by transition metals (Co, Mn or Ni) on the electronic and structural properties of Sr2MgMo0.9TM0.1O6−δ (SMMTM; TM is Co, Mn or Ni) compounds. The crystal structure and electronic state adopted by SMMTM compounds at high temperature in oxidizing and reducing atmospheres were studied by the combination of thermogravimetric analysis, X-ray diffraction at high temperature in a controlled atmosphere, X-ray photoelectron spectroscopy and electron paramagnetic resonance measurements. X-ray diffraction patterns at 800 °C showed that Sr2MgMoO6−δ and SMMTM have a face-centred cubic structure in both air and a 5% H2 atmosphere. Thermogravimetric analysis in oxidizing and reducing atmospheres at 800 °C indicated that the oxygen-vacancies concentration (δ) and its variation (Δδ) between an oxidizing atmosphere and a reducing atmosphere increase because of TM doping. X-ray photoelectron spectroscopy and electron paramagnetic resonance measurements showed that doping with TM also promotes an increase of the Mo5+ content in these double perovskites.Fil: Dager Caballero, Paola Katherine. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche.; ArgentinaFil: Mogni, Liliana Verónica. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche.; ArgentinaFil: Zampieri, Guillermo Enrique. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche.; ArgentinaFil: Tobia, Dina. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Bariloche.; ArgentinaFil: Caneiro, Alberto. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin