Nanopartículas magnéticas multicomponentes: diseño, fabricación y propiedades

Las propiedades de las nanopartículas magnéticas están definidas por la elevada relación superficie/volumen y se manifiestan en fenómenos como superparamagnetismo, anisotropía de superficie, desorden magnético superficial y exchange-bias. La síntesis de nanoestructuras multicomponentes con un grado creciente de complejidad permite un mayor control sobre sus propiedades que, guiadas por el impulso de la miniaturización de dispositivos electrónicos y el avance de las energías limpias y la nanomedicina, pueden optimizar el rendimiento de materiales para almacenamiento magnético de datos, imanes permanentes, aplicaciones biomédicas o catálisis. El superparamagnetismo impone un límite a la reducción del tamaño debido a la fluctuación térmica del momento magnético cuando su energía de anisotropía resulta comparable a la energía térmica. Frente a ello, estudios previos demostraron que el acoplamiento en la interfaz de nanopartículas bimagnéticas antiferromagneto/ferrimagneto de estructura core/shell permite incrementar la anisotropía efectiva y manipular el exchange-bias, de acuerdo a la relación entre la energía de anisotropía del antiferromagneto y la intensidad de la interacción de intercambio en la interfaz.Esta tesis se enfocó en el diseño, la fabricación y el estudio de nuevos materiales nanoestructurados basados en nanopartículas core/shell, orientados a sintonizar las propiedades físicas gracias a la comprensión de los mecanismos microscópicos que los gobiernan.Se emplearon óxidos de metales de transición, materiales abundantes y relativamente económicos que ofrecen una variedad de propiedades, incluyendo ferrimagnetos como ferritas de elevada anisotropía magnetocristalina CoFe2O4, ferritas de anisotropía ajustable según su composición (ferritas mixtas de Zn-Co o Ni-Co) o biocompatibles (Fe3O4), monóxidos antiferromagnéticos de elevada anisotropía (CoO) y semiconductores diamagnéticos fotoluminiscentes (ZnO). Distintas familias de nanopartículas multicomponentes se sintentizaron mediante métodos químicos basados en la descomposición de organometálicos en solventes orgánicos, asistida por surfactantes. Los materiales desarrollados se estudiaron mediante técnicas de caracterización estructural (microscopía electrónica de transmisión, difracción y reflectometría de rayos X, termogravimetría), magnética (distintos magnetómetros DC y AC) y óptica (espectrometría UV-visible y de fotoluminiscencia).En primer lugar se diseñaron distintos sistemas de nanopartículas core/shell de composición CoO/CoFe2O4 y se estudiaron los efectos de tamaño con el objetivo de controlar la anisotropía efectiva. A diferencia de lo que se observa en nanopartículas monofásicas, al reducir el tamaño se registró un notable incremento de la anisotropía, a expensas de una menor estabilidad térmica por el menor volumen total. En nanopartículas de 5 nm de diámetro, se demostró que el campo coercitivo medido a 5 K puede incrementarse hasta 30.8 kOe, valor un 50 % mayor que el máximo reportado para nanopartículas monofásicas de CoFe2O4. A su vez, la estabilidad del momento magnético puede aumentarse hasta la temperatura de Néel del CoO, cerca de temperatura ambiente. Se encontró que la cristalinidad del núcleo de CoO y la eficacia de la interacción de intercambio en la interfaz se pueden controlar mediante un tratamiento térmico gracias al recubrimiento que protege al núcleo. Además, la comparación con un sistema de tamaño y morfología análogos pero formado por un núcleo diamagnético (ZnO/ CoFe2O4) permitió identificar los diferentes roles de los efectos de superficie, de interacciones y de interfaz, los últimos responsables de un mayor campo coercitivo, mayor temperatura de bloqueo y menor volumen de activación en nanopartículas bimagnéticas.Luego, en sintonía con los objetivos planteados en el plan de trabajo original, se propuso manipular el campo de exchange-bias y la anisotropía efectiva introduciendo Zn2+ y Ni2+ en la ferrita de Co, para lo que se diseñaron nuevos sistemas de nanopartículas core/shell CoO/ferrita. Se encontró que al incorporar Zn2+, un ión 3d10 no magnético, se debilita el acoplamiento en la interfaz lo que lleva a maximizar el exchange-bias para concentraciones intermedias de Zn en la ferrita mixta. Los resultados se interpretaron de acuerdo a la competencia entre la energía de anisotropía del CoO y la energía de acoplamiento en la interfaz, considerando la densidad de espines magnéticos acoplados en la interfaz. En cambio, la introducción de Ni2+ en la ferrita de Co demostró, además de la presencia de exchange-bias, importantes efectos de superficie y desorden magnético.Las dificultades para controlar con precisión los tamaños de las fases en las estructuras core/shell y la necesidad de un estudio sistemático de los efectos de los tamaños relativos sobre el acoplamiento en la interfaz motivó la fabricación y estudio de películas delgadas ferrita/ferrita. En bicapas de Fe3O4/CoFe2O4 fabricadas mediante depósito por láser pulsado donde el espesor de Fe3O4 se varió entre 0 y 25 nm, se identificó un espesor crítico de ≈8 nm para la magnetita, por debajo del cual se observa un acople rígido entre ambas fases, mientras que mayores espesores promueven un comportamiento de tipo exchange-spring. Tales estudios, realizados durante una estadía en el Centro de Investigaciones en Química Biológica de la Universidad de Santiago de Compostela en el marco de estadías cortas del programa Bec.Ar, pueden servir como sistema modelo para el diseño de nanopartículas bimagnéticas con propiedades óptimas.Por último, se diseñó y fabricó un sistema de nanopartículas core/shell bifuncionales de composición CoFe2O4/ZnO. La caracterización preliminar reveló que el material es capaz de generar calor frente a la aplicación de un campo magnético de radiofrecuencia y, al mismo tiempo, presenta una respuesta óptica fotoluminiscente. Los progresos registrados en los últimos años en el campo de la nanomedicina sugieren que las nanopartículas magnéticas pueden aportar soluciones a problemas biomédicos específicos. La combinación de ambas funcionalidades en un mismo material permitiría abordar nuevos estudios en el campo de la hipertermia de fluido magnético donde la marcación óptica es fundamental, por ejemplo, para la evaluación de una aplicación sistémica de las nanopartículas en el organismo.La nanotecnología ofrece actualmente poderosas herramientas para el desarrollo de materiales magnéticos avanzados, incluyendo nuevos métodos químicos de fabricación y la consolidación de técnicas de caracterización sensibles a la interfaz. El principal aporte de este trabajo fue el diseño de nanoestructuras multicomponentes y el estudio de la compleja relación entre su estructura y propiedades físicas, que las distinguen de las nanopartículas monofásicas, con el fin de desarrollar nuevos materiales con propiedades sintonizables.The properties of magnetic nanoparticles are governed by the high surface-to-volume ratio and are manifested in dierent phenomena such as superparamangetism, exchangebias, surface magnetic disorder and surface anisotropy. The fabrication of complex multicomponent nanostructures enables a better control of their physical properties and, driven by the current needs for miniaturized devices and the growth of clean energy and nanomedicine, can improve the performance of materials for magnetic recording media, permanent magnets, biomedical applications or catalysis. Since the magnetic moments uctuates when its anisotropy energy is comparable to the thermal energy, the superparamagnetism imposes a limit to the size reduction. In this context, previous studies showed that the eective anisotropy and the exchange-bias eld can be increased as a result of the relationship between the antiferromagnetic anisotropy energy and the interface coupling energy in antiferromagnetic/ferrimagnetic core/shell bimagnetic nanoparticles. This thesis is focused on the design, fabrication and study of new nanostructured materials based on core/shell nanoparticles aiming at tuning the physical properties and understanding the microscopic mechanisms that rule them. Due to their abundance and relatively low costs, transition metal-oxides were employed. Such materials oer a variety of properties, including ferrimagnets with high magnetocrystalline anisotropy (CoFe_2O_4), with composition-dependent anisotropy (mixed Zn-Co or Ni-Co ferrites) or biocompatible (Fe_3O_4), antiferromagnetic monoxides with high anisotropy (CoO) and diamagnetic fotoluminiscent semiconductors (ZnO). Dierent families of multicomponent nanoparticles were synthesized by chemical methods based on the high temperature decomposition of organometallics assisted by surfactants. The materials were studied by means of structural (transmission electron microscopy, X-ray diraction and refl ectivity, thermogravimetry), magnetic (multiple DC and AC magnetometry) and optical (UV-visible and photoluminescence spectroscopy) characterization techniques. Firstly, dierent CoO/CoFe_2O_4 core/shell nanoparticle systems were designed and their size eects were analyzed with the aim of controlling the eective magnetic anisotropy. A remarkable increase of the anisotropy was found when the size is reduced, at the expense of a lower thermal stability for the magnetic moment. It was shown that the coercive eld of 5 nm nanoparticles can be increased up to 30.8 kOe at 5 K, 50 % larger than the maximum value reported up to now for single-phase CoFe_2O_4 nanoparticles; while the thermal stability of the magnetic moment can be increased up to the Neel temperature of CoO, close to room temperature. It was found that, since the CoO core is protected by the ferrite shell, its structural quality, and therefore the eciency of the interface exchange interaction, can be improved by a thermal treatment. In addition, the dierent roles played by surface eects, magnetic interactions and interface eects were identied by the comparison with ZnO/CoFe_2O_4 core/shell nanoparticles, synthesized with anologous size and morphology but a diamagnetic core. The results indicate that the interface interaction is responsible for the larger coercive eld and blocking temperature and the lower activation volume observed for bimagnetic nanoparticles. Next, the introduction of Zn"2+ or Ni"2+ into the ferrite was proposed in order to manipulate the exchange-bias eld and the eective anisotropy. To this extent, novel core/shell CoO/mixed-ferrite bimagnetic nanoparticles were designed and synthesized. It was found that the introduction of Zn"2+, a 3d"10 non-magnetic ion, reduces the interface exchange-coupling leading to a non-monotonic variation of the exchange-bias that results maximum for intermediate Zn concentrations. Such behavior was interpreted by taking into account the competition between the anisotropy energy of the CoO and the interface coupling energy, and by considering the density of coupled-spins a the interface. On the other hand, the introduction of Ni"2+ into the Co-ferrite revealed, in addition to the presence of exchange-bias, important surface and magnetic disorder eects. The diculties to adjust precisely the size of each phase in core/shell structures and the requierements of a systematic study of the size eects on the interface exchangecoupling motivated the fabrication and study of ferrite/ferrite thin lm bilayers. Therefore, high-quality Fe_3O_4/CoFe_2O_4 bilayers with a Fe_3O_4-thickness varying between 0 and 25 nm were produced by pulsed laser deposition and an 8 nm critical Fe_3O_4 thickness was identied: while thicknesses below such value lead to a rigid-coupling regime, larger values promote an exchange-spring behavior. The present study can be useful as a model system for the design of novel bimagnetic nanoparticles with improved properties. Finally, core/shell bifunctional CoFe_2O_4/ZnO nanoparticles were designed, fabricated and its preliminary characterization is reported. Such material is able to generate heat upon the application of a radiofrequency magnetic eld and shows, at the same time, a photoluminescent optical response. In the last years, the continuous progress of nanomedicine has suggested that magnetic nanoparticles can provide solutions to specic biomedical issues. The combination of both functionalities in a nanoparticle system could initiate new studies in the eld of magnetic uid hyperthermia where optical labeling is a key factor, for example, to the evaluation of a systemic delivery of nanoparticles into the body. Current nanotechnology oers powerful tools for the development of advanced magnetic materials, including new chemical synthesis methods and the consolidation of interface-sensitive characterization techniques. The main contribution of this thesis is the design of multicomponent nanoparticles, their study and the interpretation of the complex relationship between their structure and physical properties, which are clearly dierent than single-phase and bulk materials.Fil: Lavorato, Gabriel Carlos. Comision Nacional de Energía Atómica. Gerencia de Área Investigaciones y Aplicaciones no Nucleares. Gerencia de Física (Centro Atómico Bariloche). División Física de Metales; Argentin

Preparation and Characterization of Master Alloys Fe48Cr15Mo14C15B6Y2 Metallic Glasses

The purpose of this work is the characterization of a master alloy of metal glass based on iron Fe48Cr15Mo14C15B6Y2. Two types of alloys studied B1 which has been prepared by the use of pure element and the other B2 which has been prepared by the use of raw materials. The thermal and structural properties of the samples are measured by a combination of high temperature differential scanning calorimeter (HTDSC), X-ray diffraction and scanning electron microscopy (SEM). Chemical compositions are checked by energy dispersive spectroscopy analysis.Fil: Bendjemil, Badis. University of Badji -Mokhtar; Argelia. Faculty of Sciences and Technology; ArgeliaFil: Seghairi, Nassima. Faculty of Sciences and Technology; ArgeliaFil: Lavorato, Gabriel Carlos. Dipa rtimento di Chimica Universita' di Torino; Italia. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área Investigaciones y Aplicaciones no Nucleares; ArgentinaFil: Castellero, Alberto. Dipa rtimento di Chimica Universita' di Torino; ItaliaFil: Bougdira, Jamal. Université de Nancy, Faculté des Sciences et. Techniques; FranciaFil: Vinai, Franco. Instituto Nazionale di Ricerca Metrologica; ItaliaFil: Baricco, Marcello. Dipa rtimento di Chimica Universita' di Torino; Itali

Exchange-coupling in thermal annealed bimagnetic core/shell nanoparticles

In this study we demonstrate that the effective coupling of the magnetic phases in core/shell nanoparticles can be promoted by an appropriate thermal annealing. In this way, the magnetization thermal stability of the hard ferrimagnetic CoFe2O4 oxide can be increased up to room temperature when coupled to a CoO antiferromagnetic core in an inverse core/shell structure. In addition, the results show that, being encapsulated in a ∼2 nm thick CoFe2O4 shell, the CoO core is successfully protected against oxidation which is crucial for the effectiveness of the magnetic coupling at the interface.Fil: Lavorato, Gabriel Carlos. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Lima, Enio Junior. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Troiani, Horacio Esteban. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Zysler, Roberto Daniel. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Winkler, Elin Lilian. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin

Thickness dependence of exchange coupling in epitaxial Fe 3 O 4/ CoFe 2 O 4 soft/hard magnetic bilayers

Epitaxial magnetic heterostructures of (soft-)Fe3O4/(hard-)CoFe2O4(001) have been fabricated with a varying thicknesses of soft ferrite from 5 to 25 nm. We report a change in the regime of magnetic interaction between the layers from rigid-coupling to exchange-spring behavior, above a critical thickness of the soft magnetic Fe3O4 layer. We show that the symmetry and epitaxial matching between the spinel structures of CoFe2O4 and Fe3O4 at the interface stabilize the Verwey transition close to the bulk value even for 5-nm-thick Fe3O4. The large interface exchange-coupling constant estimated from low-temperature M(H) data confirmed the good quality of the ferrite-ferrite interface and the major role played by the interface in the magnetization dynamics. The results presented here constitute a model system for understanding the magnetic behavior of interfaces in core/shell nanoparticles and magnetic oxide-based spintronic devices.Fil: Lavorato, Gabriel Carlos. Comision Nacional de Energía Atómica. Gerencia de Área Investigaciones y Aplicaciones no Nucleares. Gerencia de Física (Centro Atómico Bariloche). División Resonancias Magnéticas; ArgentinaFil: Winkler, Elin Lilian. Comision Nacional de Energía Atómica. Gerencia de Área Investigaciones y Aplicaciones no Nucleares. Gerencia de Física (Centro Atómico Bariloche). División Resonancias Magnéticas; ArgentinaFil: Rivas Murias, B.. Universidad de Santiago de Compostela. Facultad de Química; EspañaFil: Rivadulla, F.. Universidad de Santiago de Compostela. Facultad de Química; Españ

Bifunctional CoFe2O4/ZnO Core/Shell Nanoparticles for Magnetic Fluid Hyperthermia with Controlled Optical Response

Conjugation of optical and magnetic responses in a unique system at the nanoscale emerges as a powerful tool for several applications. Here, we fabricated bifunctional CoFe2O4-core/ZnO-shell nanoparticles with simultaneous photoluminescence in the visible range and ac magnetic losses suitable for hyperthermia. The structural characterization confirms that the system is formed by a ≈7 nm CoFe2O4 core encapsulated in a ≈1.5-nm-thick semiconducting ZnO shell. As expected from its high anisotropy, the magnetic losses in an ac magnetic field are dominated by the Brown relaxation mechanism. The ac magnetic response of the core/shell system can be accurately predicted by the linear response theory and differs from that one of bare CoFe2O4 nanoparticles as a consequence of changes in the viscous relaxation process due to the effect of the magnetostatic interactions. Concerning the optical properties, by comparing core/shell CoFe2O4/ZnO and single-phase ZnO nanoparticles, we found that the former exhibits a broader optical absorption and photoluminescence, both shifted to the visible range, indicating that the optical properties are closely associated with the shell-morphology of ZnO. Being focused on bifunctional nanoparticles with an optical response in the visible range and a tunable hyperthermia output, our results can help to address current open questions on magnetic fluid hyperthermia.Fil: Lavorato, Gabriel Carlos. Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas; Brasil. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; ArgentinaFil: Lima, Enio Junior. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; ArgentinaFil: Vasquez Mansilla, Marcelo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; ArgentinaFil: Troiani, Horacio Esteban. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; ArgentinaFil: Zysler, Roberto Daniel. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; ArgentinaFil: Winkler, Elin Lilian. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; Argentin

Vidrios metálicos masivos

p. 107-123La primera generación de vidrios metálicos (es decir, aleaciones metálicas con estructura amorfa) fueron desarrollados en la década de 1960 en forma de cintas o chapas con espesores del orden de los 40 m. Luego, en los años 70, las aleaciones amorfas base Fe o Co encontraron rápidamente su lugar en la industria como núcleos de transformadores, debido a sus excelentes propiedades magnéticas blandas. Un resumen de los mismos y de sus propiedades magnéticas puede encontrarse en el volumen anterior de estos cuadernos. En este artículo haremos hincapié en la nueva familia de los vidrios metálicos, los llamados vidrios metálicos masivos o sus siglas en ingles BMGs (Bulk Metallic Glasses) denominados así por obtenerse con espesores mayores al milímetro. Se hará una introducción al problema de la capacidad de amorfización de las aleaciones metálicas, se comentarán sus propiedades mecánicas y corrosivas y sus aplicaciones incipientes como material estructural. Finalmente, se mostrarán algunos resultados experimentales obtenidos gracias al fruto de diversas colaboraciones.Fil: Moya, Javier Alberto. Universidad Católica de Salta. Facultad de Ingeniería e Informática; Argentina.Fil: Bernal, Celina. Universidad Católica de Salta. Facultad de Ingeniería e Informática; Argentina.Fil: Berejnoi, Carlos. Universidad Católica de Salta; Argentina.Fil: Lavorato, Gabriel. Universidad Católica de Salta. Facultad de Ingeniería e Informática; Argentina.Fil: Marta, Leonardo. Universidad Católica de Salta; Argentina

Internal Structure and Magnetic Properties in Cobalt Ferrite Nanoparticles: Influence of the Synthesis Method

The design of novel nanostructured magnetic materials requires a good understanding of the variation in the magnetic properties due to different synthesis conditions. In this work, four different procedures for fabricating Co-ferrite nanoparticles with similar sizes between 7 and 10 nm are compared by studying their structural and magnetic properties. Non-aqueous methods based on the thermal decomposition of metal acetylacetonates at high temperatures, either with or without surfactants, provide highly crystalline nanoparticles with large saturation magnetization values and a coherent reversal of the magnetic moment. However, variations in the density of defects and in the shape of the nanocrystals determine the distribution of switching fields and the effective magnetic anisotropy, which reaches up to ≈1 × 107 erg cm−3 for oleic acid-capped 9 nm nanoparticles. It is shown that the saturation magnetization values for nanoparticles produced by different methods are in the range between 49 and 95 emu g−1 due to differences in the stoichiometry, in the cation occupancy, in the magnetic disorder and in the spin canting of the magnetic sub-lattices, the latter evaluated by in-field Mössbauer spectroscopyFil: Lavorato, Gabriel Carlos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas; Argentina. Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas; BrasilFil: Alzamora, Mariella. Universidade Federal do Rio de Janeiro; BrasilFil: Contreras, Cynthia. Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas; BrasilFil: Burlandy, Gabriel. Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas; BrasilFil: Litterst, F. Jochen. Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas; Brasil. Technische Universitat Carolo Wilhelmina Zu Braunschweig.; AlemaniaFil: Baggio Saitovitch, Elisa. Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas; Brasi

Exchange-Coupled Bimagnetic Core–Shell Nanoparticles for Enhancing the Effective Magnetic Anisotropy

Magnetic nanoparticles offer enormous possibilities of controlling the properties of magnetic materials due to their size and surface effects, including superparamagnetism, surface spin disorder, and surface anisotropy. Recently, the design and fabrication of novel materials based on bimagnetic nanoparticles provided novel strategies by incorporating interface effects. Therefore, the hysteretic behavior and the thermal stability of the magnetic moments can be tuned by controlling their composition, size, morphology, and interactions. This chapter focuses on the enhancement of the magnetic anisotropy due to the exchange coupling in bimagnetic nanoparticles synthesized by chemical colloidal methods. Various types of exchange-coupled bimagnetic nanoparticle systems are presented, and the different magnetization-reversal mechanisms are briefly discussed. Then, key aspects of the synthesis methods for obtaining core–shell nanoparticles are described, focusing on the heat-up thermal decomposition method. Finally, the anisotropy enhancement in antiferromagnetic/ferrimagnetic CoO-core/CoFe2O4-shell nanoparticles is presented and discussed as a case study.Fil: Lavorato, Gabriel Carlos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; 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 Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; 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 Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Investigación y Aplicaciones No Nucleares. Gerencia de Física. Laboratorio de Resonancias Magnéticas; ArgentinaFil: Zysler, Roberto Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Investigación y Aplicaciones No Nucleares. Gerencia de Física. Laboratorio de Resonancias Magnéticas; Argentin

Tuning the coercivity and exchange bias by controlling the interface coupling in bimagnetic core/shell nanoparticles

In order to explore an alternative strategy to design exchange-biased magnetic nanostructures, bimagnetic core/shell nanoparticles have been fabricated by a thermal decomposition method and systematically studied as a function of the interface exchange coupling. The nanoparticles are constituted by a ∼3 nm antiferromagnetic (AFM) CoO core encapsulated in a ∼4 nm-thick Co1-xZnxFe2O4 (x = 0-1) ferrimagnetic (FiM) shell. The system presents an enhancement of the coercivity (HC) as compared to its FiM single-phase counterpart and exchange bias fields (HEB). While HC decreases monotonically with the Zn concentration from ∼21.5 kOe for x = 0, to ∼7.1 kOe for x = 1, HEB exhibits a non-monotonous behavior being maximum, HEB ∼ 1.4 kOe, for intermediate concentrations. We found that the relationship between the AFM anisotropy energy and the exchange coupling energy can be tuned by replacing Co2+ with Zn2+ ions in the shell. As a consequence, the magnetization reversal mechanism of the system is changed from an AFM/FiM rigid-coupling regime to an exchange-biased regime, providing a new approach to tune the magnetic properties and to design novel hybrid nanostructures.Fil: Lavorato, Gabriel Carlos. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Lima, Enio Junior. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Troiani, Horacio Esteban. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Zysler, Roberto Daniel. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Winkler, Elin Lilian. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin

Structural and magnetic properties of Fe76P5(Si0.3B0.5C0.2)19 amorphous alloy

Recently, bulk amorphous alloys were produced in the Fe–B–Si–P–C system with high glass forming ability, excellent magnetic properties and the advantage of containing no expensive glass-forming elements, such as Ga, Y, Cr or Nb, having, therefore, a good perspective of commercial applications. In the present work, the Fe76P5(Si0.3B0.5C0.2)19 amorphous alloy prepared by two quenching techniques has been studied. Amorphous ribbons of about 40 μm thick were obtained by planar-flow casting together with cylinders having 1 and 2 mm diameter produced by copper mold injection casting. All the samples appear fully amorphous after X-ray diffraction analysis. A comprehensive set of thermal data (glass, crystallization, melting and liquidus temperatures) were obtained as well as a description of the melting and solidification processes. Mechanical microhardness tests showed that the samples have a hardness of 9.7 ± 0.3 GPa. Good soft-magnetic properties were obtained, including a high magnetization of 1.44 T and a low coercivity (4.5 A/m for ribbons and 7.5 A/m in the case of 1 mm rod samples, both in as-cast state). Thermomagnetic studies showed a Curie temperature around 665 K and the precipitation of new magnetic phases upon temperatures of 1000 K. Furthermore, the frequency dependence of magnetic losses at a fixed peak induction was studied. The results suggest the occurrence of a fine magnetic domain structure in bulk samples. The good soft magnetic properties of the bulk metallic glass obtained by copper mold casting for this particular Fe-based composition suggests possible applications in transformer cores, inductive sensors and other devices.Fil: Lavorato, Gabriel Carlos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long"; Argentina. Universita di Torino; ItaliaFil: Fiore, G.. Universita di Torino; ItaliaFil: Tiberto, P.. Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica. Electromagnetism Division; ItaliaFil: Baricco, M.. Universita di Torino; ItaliaFil: Sirkin, Hugo Ricardo Mario. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long"; ArgentinaFil: Moya, J.A. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Tecnologías y Ciencias de la Ingeniería "Hilario Fernández Long"; Argentina. Universidad Católica de Salta; Argentin