Estudio teórico y experimental sobre la relajación de Néel en ensambles de partículas magnéticas interactuantes

Abstract

En este trabajo se llevó a cabo el estudio teórico-experimental sobre los efectos de la interacción dipolar magnetostática en el tiempo de relajación de un ensamble de partículas magnéticas. Posteriormente se evaluaron las consecuencias de la interacción en el comportamiento superparamangético del ensamble y en la eficiencia que tiene este para disipar energía. La interacción fue considerada a través de un campo de interacción que fue calculado usando el modelo de campo medio. El tiempo de relajación de Néel puede ser escrito de dos maneras equivalentes, adicionando un término a la barrera de energía de la partícula libre o adicionando un término a la energía térmica. Con esta equivalencia fue posible determinar que el corrimiento en la temperatura de bloqueo es asociado con el tipo de interacción que predomina en el ensamble. La temperatura de bloqueo incrementa (decrece) si la interacción ferromagnética (antiferromagnética) es la interacción dominante. El tiempo de intento 𝜏0 también depende del tipo de interacción sin embargo se desarrolló un modelo que permite obtener experimentalmente 𝜏0, excluyendo los efectos de la interacción. Las propiedades disipativas del ensamble interactuante se estudiaron mediante experimentos de hipertermia magnética. Las medidas se realizaron en una dispersión de partículas de magnetita en agua desionizada. Las propiedades físicas del material magnético fueron investigadas mediante difracción de rayos-x, microscopia de 8 electrones de transmisión, espectroscopia de dispersión de energía de rayos-x y magnetometría dc. Los experimentos de hipertermia magnética se llevaron a cabo como función de la concentración del ferrofluido, como función de la relación de aspecto del portamuestras y como función del volumen de la muestra. La potencia emitida por el ferrofluido por unidad de masa decrece con la concentración y con la relación de aspecto, y es invariante ante el volumen de la muestra. Paralelamente se desarrolló un modelo teórico que permite conocer la potencia emitida por el ferrofluido como función de la concentración, los resultados teóricos satisfacen ampliamente los resultados experimentales y muestran que la potencia emitida es gobernada por la interacción antiferromagnética presente entre las cadenas que se forman durante el experimento.