Comportamiento magnético en función de la temperatura de

La influencia del porcentaje de recubrimiento de nanopartículas con la matriz utilizada es especialmente bien observada en las medidas de imanación frente a la temperatura siguiendo el protocolo ZFC y FC, aplicando un campo magnético constante de 1500 Oe. La rampa de medida es de 3.0 K/min, asegurando así que los tiempos de relajación sean menores que el tiempo entre dos medidas sucesivas (~ 60 s). En la figura 4.11 es presentada la evolución de la magnetización en ZFC y FC para diferentes recubrimientos de nanopartículas de Co embebidas en las matrices de Au y V. En la curva ZFC, al enfriar la muestra sin campo externo, la imanación

Figura 4.10 Curvas ΔM en función del campo aplicado para distintos recubrimientos de nanopartículas de Co embebidas en matrices de Au y V.

de las nanopartículas queda orientada a lo largo del eje fácil de cada partícula (esto es, una orientación aleatoria). Se aplica un campo externo que intenta alinear la imanación venciendo cualquier efecto o anisotropía opuesta a la dirección del campo, pero dicha alineación sólo se consigue parcialmente. Con el aumento de la temperatura, disminuye la anisotropía y aumenta la alineación de la imanación con el campo aplicado. En el caso de la curva FC, se enfría la muestra con un campo magnético aplicado, logrando una alienación parcial mayor que en el protocolo ZFC. Como consecuencia, el efecto del aumento de la magnetización con la temperatura es menos intenso en la curva FC. Esto justifica la diferencia entre las curvas ZFC y FC y la superior respuesta de la imanación para las curvas FC.

Figura 4.11 Curvas ZFC y FC en función de la temperatura para diferentes recubrimientos de nanopartículas de Co de una monocapa en matrices de Au (panel izquierdo) y V (panel derecho) a un campo aplicado de 1500 Oe.

Antes de proseguir la descripción de la figura 4.11, debe notarse que la contribución diamagnética del sustrato de Si y la matriz de Au no son despreciables en la curva de la magnetización frente a la temperatura. La señal diamagnética es igual a 6 · 10-6 emu a un campo magnético aplicado de 1500 Oe. Es decir, la señal diamagnética es un orden de magnitud inferior a la señal magnética de las nanopartículas en la Fig. 4.11. Sin embargo, este fondo es una pequeña constante independiente de la temperatura, dado que la magnetización de un diamagnético es independiente de la temperatura. Por tanto, la forma de la curva M(T) no puede verse modificada por dicho fondo y el valor de magnetización apenas es aumentado. No obstante, la contribución del fondo es muy significativa cuando la medida es realizada para altos campos magnéticos.

Como era previsible, el comportamiento de la imanación está totalmente condicionado por la matriz utilizada. Analizaremos las curvas de imanación frente a la temperatura, distinguiendo dos intervalos de temperaturas: bajas temperaturas (entre 0 y 100 K) y altas temperaturas (entre 150 K y temperatura ambiente). A bajas temperaturas, en el sistema Au/Co/Au (Fig 4.11, izquierda) se extrae la temperatura de bloqueo (TB), asociada al máximo de

la curva ZFC, que refleja la transición del régimen ferromagnético al superparamagnetico. Sin embargo, la evolución de las curvas ZFC y FC describen una tendencia diferente para el sistema Au/V/Co/V/Au (Fig 4.11, derecha). Las grandes irreversibilidades entre las curvas ZFC y FC indican la presencia de un desorden y frustración magnéticos en estos sistemas. De hecho, existe una anomalía o indicio de este desorden localizado a bajos (2.8%) y medios (4.4 %) recubrimientos alrededor de 50 K en ambas curvas FC y ZFC. Este indicio podría ser interpretado como una transición de espín o de vidrio de espín, definida con una temperatura de transición Tg. Vemos que para los recubrimientos de 2.6% en matriz de Au y 2.8% en matriz de V, las

temperaturas de transición están alrededor de 50 K en ambos sistemas (55 ± 7 K en Au y 52 ± 4 K en V). Estos valores coinciden con el rango de temperaturas compatibles con la transición superparamagnética/ferromagnética TB reportada para nanopartículas de Co de similar diámetro

[46,87,88,89] y pueden ser sombreados en los sistemas de V debido a la presencia de una transición de espín o vidrio de espín.

Si aumentamos el porcentaje de recubrimiento, observamos, sin lugar a dudas, la influencia de la naturaleza de la matriz en las curvas ZFC-FC a altas temperaturas. En el caso del sistema de V, Tg es casi suprimida a altos porcentajes (10.0% en sistema V, Fig. 4.11) y se observa

un ensanchamiento de las curvas junto a un desplazamiento moderado de TB. Para la matriz de

Au, vemos un comportamiento distinto con el porcentaje de recubrimiento. Ahora, se observa un pico extremadamente ancho a altas temperaturas (entre 175 K y 235 K), indicando una amplia distribución de barreras de energía en estos sistemas. La anchura de este pico impide la identificación de una sola temperatura de bloqueo. En otras palabras, la temperatura a la cual TB

ocurre principalmente depende del volumen magnético de la partícula. Un máximo ancho como aquél medido en 5.4% y 10.0 % en el sistema de Au, podría resultar de una amplia distribución de tamaños magnéticos de partícula. Asimismo, un ancho pico en las curvas ZFC como el pico observado en nuestros sistemas, ha sido medido cuando intervienen interacciones interpartícula magnéticas, dando lugar a un comportamiento magnético colectivo, que se suma a un posible aumento del tamaño magnético. En las curvas ZFC estudiadas, esta distribución de tamaño magnético es evidenciada por el desbloqueo de las nanopartículas a diferentes temperaturas, y

no contribuye a la magnetización neta, mientras que un comportamiento de desbloqueo no afecta a la magnetización en la medida FC. En resumen, el comportamiento colectivo observado en el sistema de Au, no es observado en el sistema de V, donde la matriz aísla magnéticamente las nanopartículas de Co y dificulta posibles comportamientos colectivos. Las diferencias observadas en la respuesta magnética resaltan la importancia del matriz envolvente de las nanopartículas.