(kurvor) Magnetisk hysteres av kärn-skal Fe@Fe3O4 nanopartiklar vid 5 K under fältkylning (+10 kOe). (färgbilder) Utskuren (mikromagnetisk) vy av spinnkonfigurationer i en kärna-skal nanopartikel under ett fältsvep under fältkylningsförhållanden. Fyllda cirklar (grön, röd, och svart) representerar magnetiska moment i den ferromagnetiska kärnan, ferrimagnetiskt skal, och kärna-skal-gränssnitt, respektive. För enkelheten, varje ferrimagnetisk domän i skalskiktet representeras som ett spinngitter med ett nettomoment. Streckade linjer avgränsar gränserna för kristallina domäner inom skalskiktet, och öppna cirklar indikerar kvarvarande (okompenserade) snurr vid ytan eller domängränserna.
Den magnetiska utbytesförspänningskopplingen mellan kärna och skal beror kritiskt på de "frysta spinn" som finns i gränssnittet mellan de två olika magnetiska nanomaterialen, enligt användare från Purdue University som arbetar med Electronic &Magnetic Materials &Devices Group.
Den relativa populationen av sådana frysta snurr kan moduleras av externa fysiska parametrar, såsom styrkan hos det applicerade kylfältet och cykelhistoriken för magnetfältssvep (träningseffekt).
En mer komplex förändring inträffar när kärna-skal nanopartiklar åldras under omgivande förhållanden. Tillsammans med strukturell utveckling från väldefinierade kärn-skal nanostrukturer till nanopartiklar som innehåller flera tomrum vid gränssnittet, det finns en betydande ökning av befolkningen av frysta spins, båda påverkar de magnetiska egenskaperna.
Kärnskal Fe@Fe 3 O 4 nanopartiklar uppvisar betydande utbytesbias vid låga temperaturer, medierad av enkelriktade moment i gränssnittet mellan kärna och skal. Dessa spinn fryses till magnetisk inriktning med fältkylning och definieras på ett temperaturberoende sätt.
Populationen av sådana frysta snurr har en direkt inverkan på både tvångskraft (H C ) och utbytesbiasfältet (H E ), som moduleras av externa fysiska parametrar, såsom styrkan hos det applicerade kylfältet och cykelhistoriken för magnetfältssvep (träningseffekt).
Åldring av kärn-skal-nanopartiklarna under omgivande förhållanden resulterar i en gradvis minskning av magnetisering men övergripande retention av H C och H E , samt en stor ökning av befolkningen av frysta snurr.
Dessa förändringar åtföljs av en strukturell utveckling från väldefinierade kärna-skal-strukturer till partiklar som innehåller flera tomrum, hänförlig till Kirkendall-effekten. Energifiltrerad och högupplöst transmissionselektronmikroskopi indikerar båda ytterligare oxidation av skalskiktet, men järnkärnan är anmärkningsvärt välbevarad.
Ökningen av fryst spinnpopulation med åldern är ansvarig för den övergripande bibehållandet av utbytesbias, trots tomrumsbildning och andra oxidationsberoende förändringar. Utbytesförspänningsfältet blir försumbart vid avsiktlig oxidation av Fe@Fe 3 O 4 nanopartiklar till äggula-skalpartiklar, med en nästan fullständig fysisk separation av kärna och skal.
