Efeitos termomagnéticos em aglomerados de nanopartículas magnéticas

Recent research has studied the magnetic properties of nanoparticle superparamagnetic clusters with the possibility of applications in drug delivery control systems, magnetic resonance imaging, magnetic hyperthermia, etc. At the same time, several researchers have studied the phenomenon of thermal...

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Detalhes bibliográficos
Autor principal:	Souza, Claudivan Moreira de
Outros Autores:	Carriço, Artur da Silva
Formato:	doctoralThesis
Idioma:	pt_BR
Publicado em:	Brasil
Assuntos:	Histerese térmica Aglomerados Interação dipolar Nanopartículas magnéticas de Fe3O4 e Gd Efeito magnetocalórico CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
Endereço do item:	https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/28782
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description	Recent research has studied the magnetic properties of nanoparticle superparamagnetic clusters with the possibility of applications in drug delivery control systems, magnetic resonance imaging, magnetic hyperthermia, etc. At the same time, several researchers have studied the phenomenon of thermal hysteresis under different circumstances and systems. Another object that has concentrated efforts in current research is the magnetocaloric effect on different structures focusing on the application in magnetic cooling technology. The objective of this work is to investigate the phenomenon of thermal hysteresis in superparamagnetic clusters of magnetite (Fe3O4) and Gadolinium (Gd) with spherical and ellipsoidal geometry and to analyze the impact of dipolar interaction on the thermal stability of as well as to investigate the magnetocaloric effect on Gd nanoparticle clusters. For this, we investigated the thermal magnetization curve of clusters with different eccentricities, with the size of the order of hundreds of nanometers composed of particles of Fe3O4 from 9 nm to 12 nm in diameter and Gd particles of 5.5 nm to 20 nm, with variable density and evenly distributed in the clusters. We consider a temperature range from 200 to 1200 K, calculate the cooling and heating curves, as well as analyze the magnetic phases of the system under the effect of a low and constant external magnetic field. The entropy range ∆S was calculated for an external field range for Gd ellipsoidal cluster systems. In our model, we do not consider effects of magnetocrystalline anisotropy. The anisotropy present in the system comes from the shape of the clusters and the dipolar interaction that naturally produces an anisotropic effect. We observe that the dipolar field has a relevant contribution in the formation of thermal hysteresis. In spherical clusters we do not observe the formation of thermal hysteresis, in these clusters the sequence of magnetic phases in the cooling and heating branch are identical. In ellipsoidal clusters of eccentricity 0.97, the formation of thermal hysteresis associated with a sequence of magnetic phases characteristic of the ellipse was strongly influenced by the action of the dipolar field of the nanoparticles. The inverse magnetocaloric effect was observed in high eccentricity ellipsoidal clusters that have the antiferromagnetic state as the natural state of magnetization. The results indicate that the magnetic phases that lead to the emergence of thermal hysteresis result from the competition between Zeeman, thermal and dipolar energies associated with the effect of the cluster topology. Therefore, in the systems analyzed in this study, the above parameters can control the appearance and characterization of thermal hysteresis and magnetocaloric effect.
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The objective of this work is to investigate the phenomenon of thermal hysteresis in superparamagnetic clusters of magnetite (Fe3O4) and Gadolinium (Gd) with spherical and ellipsoidal geometry and to analyze the impact of dipolar interaction on the thermal stability of as well as to investigate the magnetocaloric effect on Gd nanoparticle clusters. For this, we investigated the thermal magnetization curve of clusters with different eccentricities, with the size of the order of hundreds of nanometers composed of particles of Fe3O4 from 9 nm to 12 nm in diameter and Gd particles of 5.5 nm to 20 nm, with variable density and evenly distributed in the clusters. We consider a temperature range from 200 to 1200 K, calculate the cooling and heating curves, as well as analyze the magnetic phases of the system under the effect of a low and constant external magnetic field. The entropy range ∆S was calculated for an external field range for Gd ellipsoidal cluster systems. In our model, we do not consider effects of magnetocrystalline anisotropy. The anisotropy present in the system comes from the shape of the clusters and the dipolar interaction that naturally produces an anisotropic effect. We observe that the dipolar field has a relevant contribution in the formation of thermal hysteresis. In spherical clusters we do not observe the formation of thermal hysteresis, in these clusters the sequence of magnetic phases in the cooling and heating branch are identical. In ellipsoidal clusters of eccentricity 0.97, the formation of thermal hysteresis associated with a sequence of magnetic phases characteristic of the ellipse was strongly influenced by the action of the dipolar field of the nanoparticles. The inverse magnetocaloric effect was observed in high eccentricity ellipsoidal clusters that have the antiferromagnetic state as the natural state of magnetization. The results indicate that the magnetic phases that lead to the emergence of thermal hysteresis result from the competition between Zeeman, thermal and dipolar energies associated with the effect of the cluster topology. Therefore, in the systems analyzed in this study, the above parameters can control the appearance and characterization of thermal hysteresis and magnetocaloric effect. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Pesquisas recentes têm estudado as propriedades magnéticas de aglomerados superparamagnéticos de nanopartículas com possibilidade de aplicação em sistemas de controle de administração de fármacos, ressonância magnética, hipertermia magnética, etc. Neste mesmo tempo, vários pesquisadores estudaram o fenômeno de histerese térmica em diferentes circunstâncias e sistemas. Outro objeto que tem concentrado esforços na pesquisa atual é o efeito magnetocalórico em diferentes estruturas com foco na aplicação em tecnologia de refrigeração magnética. O objetivo deste trabalho é investigar o fenômeno de histerese térmica em aglomerados superparamagnéticos de nanopartículas de magnetita (Fe3O4) e de Gadolínio (Gd) de geometrias esférica e elipsoidal e analisar o impacto da interação dipolar na estabilidade térmica do sistema, assim como investigar o efeito magnetocalórico em aglomerados de nanopartículas de Gd. Para isto, investigamos a curva de magnetização térmica dos aglomerados com diferentes excentricidades, com a dimensão da ordem de centenas de nanômetros composto por partículas de Fe3O4 de 9 nm a 12 nm de diâmetro e partículas de Gd de 5.5 nm a 20 nm, com densidade variável e distribuídas nos aglomerados, uniformemente. Consideramos uma faixa de temperatura de 200 a 1200 K, calculamos as curvas de resfriamento e aquecimento, assim como analisamos as fases magnéticas do sistema sob o efeito de um campo magnético externo baixo e constante. Foi calculado a variação de entropia ∆S para um intervalo de campo externo para sistemas de algomerados elipsoidais de Gd. Em nosso modelo, não consideramos efeitos de anisotropia magnetocristalina. A anisotropia presente no sistema é proveniente da forma dos aglomerados e da interação dipolar que naturalmente produz um efeito anisotrópico. Observamos que o campo dipolar tem uma contribuição relevante na formação da histerese térmica. Em aglomerados esféricos não observamos a formação de histerese térmica, nestes aglomerados a sequência de fases magnéticas no ramo de resfriamento e aquecimento são idênticas. Nos aglomerados elipsoidais de excentricidade 0.97 observou-se a formação de histerese térmica associada a uma sequência de fases magnéticas características da elipse e fortemente influenciada pela ação do campo dipolar das nanopartículas. Foi observado o efeito magnetocalórico inverso em aglomerados elipsoidais de alta excentricidade que tem o estado antiferromagnético como estado natural de magnetização. Os resultados indicam que as fases magnéticas que levam ao surgimento da histerese térmica são resultantes da competição entre as energias Zeeman, térmica e dipolar associada ao efeito da topologia do aglomerado. Portanto, nos sistemas analisados neste estudo, os parâmetros acima citados podem controlar o surgimento e a caracterização da histerese térmica e do efeito magnetocalórico. 2020-04-15T18:08:18Z 2020-04-15T18:08:18Z 2019-10-25 doctoralThesis SOUZA, Claudivan Moreira de. Efeitos termomagnéticos em aglomerados de nanopartículas magnéticas. 2019. 140f. Tese (Doutorado em Física) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2019. https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/28782 pt_BR Acesso Aberto application/pdf Brasil UFRN PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM FÍSICA

Efeitos termomagnéticos em aglomerados de nanopartículas magnéticas

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