60ª Reunião Anual da SBPC

INTRODUÇÃO:

O estudo dos mecanismos de interação entre partículas magnéticas tem uma importância fundamental no desenvolvimento tecnológico e da física básica. Para estudar o fenômeno do superferromagnetismo em nanoestruturas magnéticas que consiste, basicamente, no ordenamento de partículas sob condições em que deveriam ser superparamagnéticas, foi utilizado o modelo de Ising associado à Técnica do Operador Diferencial, investigando a interação entre partículas em diferentes sistemas auto-organizados. De forma mais específica, calculou-se a temperatura de ordenamento superferromagnético em função do diâmetro da partícula e da fração volumétrica, em uma rede hexagonal. Este trabalho é o primeiro a explorar o mecanismo de interação de pontes de exchange sugerido por Mørup et al.. Portanto, o presente trabalho teve por objetivo investigar e modelar a interação entre partículas magnéticas segundo o mecanismo de pontes de exchange por meio do Modelo de Ising aplicado a um sistema de nanopartículas distribuídas em uma rede de forma auto-organizada. Os resultados do projeto podem ter um grande impacto do ponto de vista tecnológico, principalmente na indústria de computadores, uma vez que sugere a existência de uma densidade limite para a fabricação de discos rígidos.

METODOLOGIA:

Os sistemas estudados foram descritos por meio de um hamiltoniana do tipo Ising, considerando sistemas bidimensionais compostos por nanopartículas magnéticas que interagem apenas com seus primeiros vizinhos. Para obter as equações que fornecem a magnetização desses sistemas, utilizou-se ainda a Técnica do Operador Diferencial (TOD) e realizando uma simplificação equivalente a Aproximação de Zernike, onde obtivemos as duas equações acopladas que descrevem a magnetização do sistema. Para representar o spin-efetivo de cada partícula, foi desenvolvido um modelo chamado de “Core-Shell”. Neste modelo, descrevemos a nanopartícula como sendo composta por duas regiões distintas e independentes, uma mais interna chamada “Core” e outra superficial, denominada “Shell” e o spin-efetivo das partículas foi calculado por Teoria de Campo Médio. Este modelo foi criado exatamente para tornar mais evidentes os efeitos de superfície, como as pontes de exchange. Por fim, elaboramos o primeiro modelo da literatura para a interação por ponte de exchange. O termo por desenvolvido é proporcional a número de vizinhos, ao diâmetro das nanopartículas, a densidade de átomos na superfície e a uma função da fração volumétrica.

RESULTADOS:

Com as equações acopladas obtidas foram traçadas curvas que mostram a variação da magnetização em função do campo aplicado e, portanto, a resposta do material a esse campo, para diversos sistemas bidimensionais. O modelo Core-Shell mostrou-se eficiente na descrição do comportamento da magnetização das partículas e, além disso, fez uma clara distinção das regiões do Core e da Shell, que apresentam temperaturas de ordenamento diferentes e respondem diferentemente ao campo. Com o modelo elaborado para descrever o número de pontes entre as nanopartículas pode-se calcular a Temperatura de Ordenamento Superferromagnético (T_c) de uma rede hexagonal, por exemplo. Partículas maiores apresentaram T_c mais elevada, fato relacionado ao valor do spin efetivo, que aumenta consideravelmente com o diâmetro. Esse comportamento já foi observado experimentalmente por meio de MOKE e simulação de Monte Carlo. Obteve-se ainda que, aumentando a fração volumétrica, ou seja, diminuindo a distância entre as partículas, o sistema sofre ordenamento a temperaturas mais elevadas. Significa dizer que um sistema de gravação magnética com uma densidade muito elevada, pode sofrer ordenamento superferromagnético à temperatura ambiente, perdendo a informação gravada.

CONCLUSÕES:

Neste trabalho, utilizou-se o Modelo de Ising e o Modelo “Core-Shell” de spin efetivo, desenvolvido por nosso grupo, para descrever sistemas de partículas magnéticas em redes bidimensionais auto-organizadas. Esse método mostrou-se bastante eficiente e poderá ser usado para investigar outras propriedades desses sistemas no futuro. Cumprindo a meta principal, foi elaborado o primeiro modelo da literatura para interação por meio de pontes de exchange. O modelo descreveu qualitativamente os sistemas estudados, inclusive concordando com outros resultados da literatura, obtidos por meio de outras técnicas.

Instituição de fomento: CNPq e Funape

Trabalho de Iniciação Científica

Palavras-chave: Superferromagnetismo, Modelo de Ising, Nanoestruturas

E-mail para contato: marcuscarriao@hotmail.com