06/C334

Nanopartículas y nanohilos magnéticos.
Magnetic nanoparticles and nanowires.

Director: ZYSLER, Roberto Daniel
Correo Electrónico: zysler@cab.cnea.gov.ar

Integrantes: RAMOS, Carlos Alberto; WINKLER, Elin; DE BIASI, Emilio; LIMA, Júnior; VASQUEZ MANSILLA, Marcelo; TOBIA, Dina; PEREZ, Julio César; BENAVIDEZ, Rubén; SOANE, Nicolás.

Resumen Técnico: Este proyecto está orientado al desarrollo de materiales nanoestructurados magnéticos en la forma de nanopartículas y nanohilos, su caracterización y la medición de propiedades físicas. El mismo contribuirá a la comprensión de los mecanismos microscópicos de interacción magnética que determina el orden magnético interno en estos materiales en función de las anisotropías presentes, los efectos superficiales, la geometría del problema y las interacciones entre las partículas o hilos. El momento magnético ordenado presente en sistemas nanoestructurados tiene una dinámica diferente a los materiales masivos y presenta distinciones según se trate de nanopartículas o nanohilos. En el caso de las nanopartículas magnéticas uno de los principales aspectos a estudiar es la relajación y estabilidad térmica del momento superparamagnético que puede o no fluctuar entre las direcciones "fáciles" del material. Por otro lado, el orden magnético de las nanopartículas está fuertemente influenciado por los efectos de superficie, especialmente en partículas de tamaño menor a 7 nm. En el caso de los nanohilos nuestro interés se enfoca en las propiedades magnéticas y el efecto de las interacciones dipolares sobre la inversión de la magnetización. Estas interacciones dipolares al igual que la anisotropía de forma y el efecto de confinamiento en la forma de los hilos deberían ser los determinantes de las características de campo coercitivo, magnetización remanente, campo de resonancia y anchos de líneas. Se prevé realizar un caracterización de los sistemas utilizando nuevas facilidades de microscopia SEM que se incorporarán en un futuro cercano. Este proyecto se enfoca en el estudio de sistemas de pequeñas partículas (< 20 nm) que presentan diferentes órdenes magnéticos (ferro, antiferro y ferrimagnéticos) donde se observarán los efectos propios de la anisotropía superficial y el rol de los momentos magnéticos superficiales. Las partículas tendrán distintos recubrimientos para estudiar los efectos producidos por la interacción de las distintas fases magnéticas. Por otro lado, el estudio de las propiedades magnéticas de los nanohilos se realizará en muestras de Ni, Co y Permalloy (Ni80Fe20) de distintos diámetros de hilo y distancias entre hilos tendiente a la comprensión del sistema magnético (las interacciones dipolares entre hilos, efectos de elipticidad de los hilos e influencia de los diámetros entre otros). También se estudiarán sistemas compuestos por películas delgadas magnéticas de Permalloy con nanoporos auto-organizados. En estas muestras se puede esperar una anisotropía no uniforme que pueden originar absorciones de microonda asociadas a distintos modos magnéticos. Se estudiará la viabilidad de la aplicación de nanopartículas de magnetita en el tratamiento de tumores por hipertermia. La actividad a desarrollar incluye la formación de recursos humanos en la investigación científica orientada hacia la Ciencia de Materiales mediante la realización de trabajos de tesis de grado y posgrado.

Summary: This project is oriented to the development of magnetic nanostructured materials in the form of nano-particles and nanowires, its characterization and physical properties. It will contribute to the understanding of the microscopic mechanisms that govern the internal magnetic order of these materials as a function of the anisotropies, the surface effects, the geometry of the problem and the interactions between the particles or wires. The ordered magnetic moment in nanostructured systems has a dynamic different from the bulk materials having distinct character if we are dealing with particles or wires. In the case of magnetic nano-particles one of the main topics to study is the relaxation and thermal stability of the super-paramagnetic moment which can fluctuate between the easy axis directions. On the other hand, the magnetic order of the nanoparticles is hardly influenced by the surface effects, especially in particles smaller than 7 nm. In the case of nano-wires we will focus on the magnetic characteristics of the system and the effect of dipolar interactions and ellipticity of the wire on the magnetization reversal. The dipolar interactions as well as the shape anisotropy and width of the wire should determine the characteristics of the coercive field, remanent magnetization, resonance field and line-width. This research will focus on small particle (< 20 nm) systems that present different magnetic order (ferromagnetic, anti-ferromagnetic and ferromagnetic), in which the effect of surface anisotropy manifests as well as the role of the surface magnetic moments. These particles will be covered with different materials in order to study the effect of the interface interactions. On the other hand, the study of the magnetic properties of nano-wires will be performed on samples with Ni, Co and Permaloy nanowires of different lengths and inter-wire separation, aiming to understand the magnetic response of the system  (the magnetic dipolar interactions between the wires, ellipticity and wire diameter effects). Complementarily, we will study Permalloy thin films with self-organized nanoporous. These samples have a non-uniform planar anisotropy that can originate microwave absorptions associated to different magnetic modes. The study of the viability of the application of magnetite nanoparticles in hyperthermia tumour treatment will be performed. This project includes the formation of human resources in research oriented towards Materials Sciences through graduate and post-graduate thesis.