Ferromagnetic resonance in ϵ\epsilon-Co magnetic composites

We investigate the electromagnetic properties of assemblies of nanoscale $\epsilon$-cobalt crystals with size range between 5 nm to 35 nm, embedded in a polystyrene (PS) matrix, at microwave (1-12 GHz) frequencies. We investigate the samples by transmission electron microscopy (TEM) imaging, demonstrating that the particles aggregate and form chains and clusters. By using a broadband coaxial-line method, we extract the magnetic permeability in the frequency range from 1 to 12 GHz, and we study the shift of the ferromagnetic resonance with respect to an externally applied magnetic field. We find that the zero-magnetic field ferromagnetic resonant peak shifts towards higher frequencies at finite magnetic fields, and the magnitude of complex permeability is reduced. At fields larger than 2.5 kOe the resonant frequency changes linearly with the applied magnetic field, demonstrating the transition to a state in which the nanoparticles become dynamically decoupled. In this regime, the particles inside clusters can be treated as non-interacting, and the peak position can be predicted from Kittel's ferromagnetic resonance theory for non-interacting uniaxial spherical particles combined with the Landau-Lifshitz-Gilbert (LLG) equation. In contrast, at low magnetic fields this magnetic order breaks down and the resonant frequency in zero magnetic field reaches a saturation value reflecting the interparticle interactions as resulting from aggregation. Our results show that the electromagnetic properties of these composite materials can be tuned by external magnetic fields and by changes in the aggregation structure.Comment: 14 pages, 13 figure

Hopeananopartikkeleilla muokattujen pintojen valmistus ja ominaisuudet

Tämän työn kirjallisuusosassa selvitettiin, miten nanopartikkeleita ja varsinkin hopeananopartikkeleita valmistetaan ja muokataan ja millä tavalla nanopartikkelit saadaan kiinnittymään pinnalle. Lisäksi hopeananopartikkelien ja niillä muokattujen pintojen ominaisuuksia ja sovelluskohteita tarkasteltiin. Kokeellisessa osassa tutkittiin hopeananopartikkelien kiinnittymistä erilaisille pinnoille. Hopeananopartikkelit valmistettiin kirjallisuudesta saatujen ohjeiden mukaisesti ja joissakin tapauksissa niiden kokoa tai funktionaalisuutta yritettiin muokata. Hopeananopartikkeleita kiinnitettiin erilaisille pinnoille ja partikkelien määrää pinnalla kasvatettiin Layer-by-Layer-menetelmän avulla. Parhaiten onnistuneiden pintojen antibakteerisuutta tutkittiin. Lisäksi pintojen optisia ominaisuuksia karakterisoitiin ellipsometrin avulla. Dodekaanitiolistabiloidut hopeananopartikkelit olivat pienempiä, monodispersisempiä ja stabiilimpia kuin sitraattistabiloidut partikkelit. Sitraattistabiloiduille partikkeleille tehtiin stabiloijan vaihto ja dodekaanitiolistabiloituja partikkeleita yritettiin kasvattaa lämpökäsittelyn avulla. Sitraatin vaihto erilaisiin tioleihin ei tuottanut erityisen stabiileja partikkeleita, mutta toisinaan stabiloijan vaihto sai hopeananopartikkelit kiinnittymään puhtaalle lasipinnalle. Lämpökäsittelyn aikana dodekaanitiolistabiloitujen hopeananopartikkelien kokojakauma leveni, sillä sekä isojen että pienien partikkelien määrä kasvoi verrattuna lähtöliuokseen. Dodekaanitiolistabiloidut hopeananopartikkelit kiinnittyivät silaanitiolilla funktionalisoidulle pinnalle ja niiden määrää pinnalla pystyttiin kasvattamaan luotettavasti. Hopean liukeneminen tällaisilta pinnoilta veteen oli vähäistä ja pinnat eivät ilmeisesti vaikuttaneet niitä ympäröivässä liuoksessa oleviin bakteerisoluihin