A szuperparamágnesesség a mágnesesség egyik formája, amely ferromágneses és ferrimágneses részecskékben nyilvánul meg . Ha az ilyen részecskék elég kicsik, akkor egydoménes állapotba kerülnek, azaz egyenletesen mágneseződnek az egész térfogatban. Az ilyen részecskék mágneses momentuma a hőmérséklet hatására véletlenszerűen változtathat irányt, és külső mágneses tér hiányában a szuperparamágneses részecskék átlagos mágnesezettsége nulla. De egy külső mágneses térben az ilyen részecskék még a Curie -pont vagy a Neel-pont alatti hőmérsékleten is paramágnesként viselkednek . A szuperparamágnesek mágneses szuszceptibilitása azonban sokkal nagyobb, mint a paramágneseké.
Az egydoménes nanorészecskék mágneses tulajdonságaiban a legszembetűnőbb különbség a tömeges ferromágnesek tulajdonságaitól a szuperparamágnesesség hatása. Az egydoménes részecskében a hőmérséklet ingadozásokat okoz a mágneses momentum irányában annak energetikailag kedvező orientációjához képest. Ha a részecske izotróp, akkor mágnesezettsége hasonló lesz egy szokatlanul nagy spin -értékű paramágneses ion mágnesezettségéhez, és ezt a Langevin-függvény írja le . Az ilyen izotróp részecskék együtteseit Langevin-részecskék együtteseinek nevezzük. Ha viszont a részecskék anizotróp (forma-anizotrop, krisztallográfiai anizotrópia stb.), akkor az ilyen részecskék együttesének mágneses tulajdonságai jelentősen eltérnek egy Langevin-részecskék együttesének tulajdonságaitól.
Az anizotróp egydoménes részecskék együttesének mágneses tulajdonságainak értelmezésével kapcsolatos első munkákat Stoner és Wohlfarth angol fizikusok végezték [1] . A mágneses és nem mágneses fémek egyes szilárd oldatainak vizsgálata arányuk bizonyos tartományában rendkívül magas koercitivitási értékeket mutatott ki , amelyek nem jellemzőek a tiszta ferromágnesre. Stoner és Wohlfarth ezen eredmények egyszerű és egyben sikeres értelmezését kínálta. Azt javasolták, hogy egy ilyen szilárd oldat mágneses és nem mágneses frakciókra bomlik, ami nanométeres léptékű ferromágneses részecskék képződését eredményezi, amelyek egyenletesen, de nem rendeződnek egy nem mágneses közegben. Azon megfontolások alapján, hogy energetikailag előnyös, ha az ilyen kis részecskék egydoménesek, azt feltételezték, hogy a mágnesezettség megfordulása mindegyikben a részecskében lévő ionok összes mágneses momentumának koherens forgása révén következik be, ami viszont azt sugallja. hogy a részecske mágnesezettségének abszolút értéke nem változik a mágnesezettség megfordítása során. Ezen elképzelések alapján a tudósok kiszámolták a mágnesezettség megfordítási görbéit különböző részecske-együttesekre T = 0 K mellett. A kapott eredmények jó egyezést mutattak a kísérleti adatokkal, és a nanorészecskék mágnesezettségének megfordításának ezt az elméletét elismerték, és ma is népszerű. Ezért az egydoménes anizotróp részecskéket, amelyekben a mágnesezettség megfordulása a mágnesezettség abszolút értékének megváltoztatása nélkül történik, általában Stoner-Wohlfarth-részecskének ( SW particle ) nevezik.
Ellentétben a Langevin-részecskék együttesének mágneses tulajdonságaival, ahol a meghatározó belső paraméter a részecske mágneses momentuma (valós rendszerekben az ehhez a paraméterhez viszonyított diszperzió), a külső paraméter pedig a hőmérséklet, az együttesek mágneses tulajdonságai. Az SW részecskék nagysága számos további paramétertől függ. Ezek közül a legfontosabbak a részecskék anizotrópiájának típusa és ezek kölcsönös elrendezése az együttesben. A külső paraméterek közé a hőmérsékleten kívül hozzáadódik az együttes kezdeti állapota (amely lehet nem egyensúlyi) és az együttes megfigyelési ideje – a mérési idő.
A mágneses mezők bizonyos tartományában, például az egytengelyű anizotrópia jelenléte az egyes részecskékben, egy gát megjelenéséhez vezet, amely két energiaminimumot választ el a mágneses momentum -orientációk fázisterében . Az egyes minimumok élettartamát az akadály magassága és hőmérséklete határozza meg. A termodinamikai egyensúly létrejötte egy ilyen együttesben a mágneses momentum termikusan aktivált, a gáton keresztüli átirányításával történik, adott hőmérsékletre jellemző relaxációs idővel.
Mivel ez a folyamat időben megy végbe, ezért az egyes kísérletekre jellemző rendszer megfigyelési időpontjától (mérési időtől) és hőmérséklettől függően az együttes mágneses állapota feltételesen két típusra osztható: blokkolt és blokkolatlan .
Az egydoménes anizotróp nanorészecskék együtteseinek információhordozóként való használatára való áttérés, amelyben az egyes szemcsék mágneses momentumának orientációja hasznos információkat hordoz majd, jelentősen megnöveli az információrögzítési sűrűséget a modern médiához képest.
Ugyanakkor az egydoménes részecskékben rejlő szuperparamágnesesség jelensége egy parazita tényező ebben a technológiai irányban, amely a részecskék térfogatának jelentős csökkenésével jelentősen csökkentheti az információ tárolási idejét (az úgynevezett szuperparamágneses határértéket ). . Ezen túlmenően, ha a szomszédos részecskék közötti távolság kellően kicsi, az egyes SW részecske mágneses tulajdonságait befolyásolni kezdik a részecskék közötti kölcsönhatások. Ez oda vezet, hogy a részecske energiagátjának értéke a szomszédos részecskék mágneses momentumainak orientációjától válik függővé. Ez utóbbi jelentősen megnehezíti a mágnesezési megfordítási folyamatok megértését egy ilyen kölcsönható együttesben.
| Mágneses állapotok | |
|---|---|
| |