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Comportamento térmico em regime não-adiabático de nanopartículas superparamagnéticas sob ação de um campo magnético oscilante
(2018-03-09) Iglesias, Carlos Augusto de Moraes; Bohn, Felipe; Medeiros, Suzana Nóbrega de; ; ; ; Dantas, Ana Lucia; ; Pereira, Luiz Felipe Cavalcanti;
O fenômeno de aquecimento de nanopartículas magnéticas a partir da aplicação de um campo magnético oscilante é um tema que tem despertado grande interesse da comunidade científica nas últimas décadas. Este fato é uma consequência da existência de desafios tanto no contexto de física fundamental, quanto do ponto de vista de aplicações biomédicas, tais como no tratamento de tumores e liberação termicamente controlada de fármacos. Desta forma, a completa compreensão do comportamento destes sistemas com dimensões reduzidas se torna uma questão importante, bem como a otimização do processo de produção e das propriedades destes materiais, uma tarefa desafiadora. Neste trabalho, realizou-se uma investigação teórica e experimental relacionada à resposta térmica de nanopartículas superparamagnéticas de MgO:Fe2O3 e FeO:F e2O3. Específicamente, buscou-se o entendimento da dependência da taxa de absorção específica com parâmetros tais como composição e diâmetro médio das nanopartículas, assim como amplitude e frequência do campo magnético aplicado. Aqui, propõe-se um modelo teórico para descrever o comportamento térmico de suspensões de nanopartículas magnéticas, fornecendo informações adicionais em termos de parâmetros bem conhecidos na literatura. Para se avaliar a consistência da teoria proposta, aplica-se o modelo teórico a fim de se descrever as curvas de hipertermia magnética obtidas experimentalmente. Para se obter as curvas de hipertermia magnética, desenvolveu-se um sistema experimental com capacidade de geração de campos magnéticos com frequências até 100 kHz e amplitudes de até 200 Oe. O excelente acordo entre os resultados teóricos e experimentais fornece suporte para confirmar a validade de nossa abordagem para a descrição do comportamento térmico de nanopartículas magnéticas sob ação de um campo magnético oscilante.
Dinâmica generalizada para sistemas magnéticos nanoestruturados
(2019-11-13) Martins Júnior, Sérgio Murilo da Silva Braga; Carriço, Artur da Silva; Dantas, Ana Lucia; ; ; ; Araújo, José Humberto de; ; Oliveira, Leonardo Linhares; ; Pedrosa, Silas Sarmento; ; Medeiros, Suzana Nóbrega de;
A emissão de micro-ondas por materiais magnéticos em frequências bem localizadas é de grande interesse para futuras aplicações em nanotecnologia. Nesse trabalho foi desenvolvido um modelo generalizado para estudar os espectros de excitações de sistemas ferromagnéticos nanoestruturados fazendo uso de simulações micromagnéticas com implementação do método da matriz resolvente obtida através equação de Landau-Lifshitz e do método do tensor de susceptibilidade dinâmica. A primeira parte do trabalho foi dedicada ao desenvolvimento analítico das equações de movimento para um sistema ferromagnético nanoestruturado, segundo a teoria micromagnética, e das expressões dos elementos da matriz resolvente e dos elementos do tensor de susceptibilidade dinâmica generalizado. Foram, então, feitas aplicações dos modelos teóricos a sistemas como nanofitas ferromagnéticas magnetizadas uniformemente, paredes de domínio nucleadas em nanofitas ferromagnéticas acopladas a um substrato vicinal antiferromagnético e vórtices magnéticos em nanodiscos circulares. A matriz resolvente permite obter a densidade espectral de estados, e foi aplicada ao estudo de paredes de domínio. Foram identificados alguns modos de oscilação de paredes de domínio localizados em uma faixa de frequência que antecede a banda associada aos domínios magnéticos, e, através do tensor de susceptibilidade dinâmica, puderam ser identificados a distribuição espacial das excitações ao longo de toda a nanoestrutura. Com isso, podem ser analisadas as semelhanças e diferenças entre as excitações magnéticas localizadas nos domínios, nas paredes de domínio e no centro de vórtices magnéticos. Os modelos desenvolvidos nesse estudo poderão ser usados para prever as frequências de campos de micro-ondas específicas para excitar especificamente cada um dos modos de oscilação observados. A aplicação do modelo desenvolvido em sistemas como vórtices em nanodiscos e paredes de domínio aprisionadas por interação de troca na interface em multicamadas FM/AFM possibilitou identificar aumentos consideráveis nas frequências de ressonância. Para vórtices magnéticos, quanto menor é o diâmetro do nanodisco, maior é a frequência de ressonância, enquanto, para paredes de domínio, quanto mais estreita é a parede (altos campos de interface), maior é a frequência de ressonância.
Domain wall pinning at an interface step defect
(IOP Publishing Ltda, 1999) Carriço, Artur da Silva; Dantas, Ana Lucia
We study the magnetization of a thin uniaxial ferromagnetic film on a two-sublattice uniaxial antiferromagnetic substrate near an interface step defect. The step defect produces two distinct regions where opposite sublattices of the antiferromagnet adjoin the interface. We show that the proximity interaction with the substrate leads to the formation and pinning of a Neel domain ́ wall centred at the step edge. The equilibrium pattern is obtained using a numerical procedure which allows for rearrangement of the magnetization of the ferromagnet, which adjusts itself under the effect of the interface field. Our results indicate that the wall profile is rather close to a free- wall pattern; however, the proximity interaction may lead to considerable reduction of the domain wall width. We find that the interface coupling controls the magnetization for weak fields applied along the easy axis. In this case the magnetization results from rigid displacement of the wall, favouring the growth of the domain magnetized in the field direction. The wall detaches from the defect, and the magnetization saturates, when the applied-field strength reaches the value of the interface exchange field associated with the proximity interaction. For a weak external field applied perpendicular to the step edge direction, the magnetization is due to the orientation of the domains in the field direction. In this case saturation occurs for much larger applied-field strength.
Estabilização de vórtices em nanoestruturas ferromagnéticas acopladas
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2020-07-31) Dantas, Jadson Tadeu Souza; Carrico, Artur da Silva; ; ; Dantas, Ana Lucia; ; Sales, Fabio Henrique Silva; ; Oliveira, Leonardo Linhares; ; Silva, Maria das Gracas Dias da; ; Junior, Sergio Murilo da Silva Braga Martins;
Atualmente, h´a perspectivas promissoras do design de nanoantenas de micro-ondas que usam nanoelementos ferromagn´eticos que contˆem v´ortices. Relatos experimentais indicam que o espectro de excita¸c˜ao do par de v´ortices e a resistˆencia magn´etica dependem de suas quiralidades. A sincroniza¸c˜ao da dinˆamica dos v´ortices pode levar a espectros de micro-ondas de alta qualidade. Colocando dois nanoelementos juntos, pode-se modificar o perfil intr´ınseco do v´ortice do material ferromagn´etico, devido a intera¸c˜ao dipolar entre os dois nanoelementos. Investigamos a estrutura magn´etica na remanˆencia de pares de v´ortices de um par de nanocilindros circulares Fe, idˆenticos e coaxiais, de 21 nm de altura com diˆametro variando de 81 nm a 129 nm, e o eixo f´acil de anisotropia uniaxial no plano das faces circulares. Mostramos que, escolhendo certos valores de distˆancia entre os nanocilindros, ´e poss´ıvel controlar a intensidade da intera¸c˜ao dipolar, permitindo definir a quiralidade relativa dos v´ortices em pares de nanoelementos circulares de Fe e Py. Mostramos tamb´em que as quiralidades e localiza¸c˜oes dos v´ortices nos nanocilindros podem ser controladas usando campos externos de intensidade moderada. Para pares de nanocilindros circulares de Fe, usamos rotas de prepara¸c˜oes com o campo externo alinhado na dire¸c˜ao do eixo x, paralelo ao eixo f´acil da anisotropia uniaxial de Fe ou na dire¸c˜ao do eixo y, perpendicular ao eixo f´acil. Mostramos que, o estado remanescente pode ser um par de v´ortices de mesma quiralidade ou um par de v´ortices de quiralidades opostas. No caso dos nanocilindros Py, n˜ao h´a anisotropia uniaxial. Nossos resultados mostram que, neste caso, a fase remanente n˜ao depende da dire¸c˜ao do campo externo no plano usado na rota de prepara¸c˜ao. Tamb´em investigamos o estado remanente de pares de nanocilindros el´ıpticos idˆenticos de Fe de 25nm de altura e distˆancias de face a face variando de 25nm a 60nm. A anisotropia uniaxial foi colocada no eixo de menor tamanho. O campo externo foi aplicado na dire¸c˜ao do eixo menor. Mostramos que, alterando a distˆancia dos nanoelementos el´ıpticos, pode-se preparar uma estrutura magn´etica de quatro v´ortices em remanˆencia. Mostramos que h´a altera¸c˜oes nas intensidades do campo dipolar e do campo efetivo local, devido `a altera¸c˜ao da distˆanca entre as nanoestruturas
Excitations of Domain Walls Pinned at F/AF Interface Steps
( IEEE Transactions on Magnetics, 2000-09) Carriço, Artur da Silva; Dantas, Ana Lucia
Westudyrigid displacementexcitations ofa Nèelwallof a thin uniaxial ferromagnetic film on a two-sublattice antiferro-magnetic substrate. An interface step defect pins the domain walland provides the restoring force that stabilizes the domain walloscillations. The frequency of the rigid displacement domain wallmodes is shown to be of the same order of magnitude as that of theuniform domain modes of the ferromagnetic film, for a wide rangeof interface exchange energy values.
Excitations of interface pinned domain walls in constrained geometries
(AIP Publishing LLC, 2017-12-05) Carriço, Artur da Silva; Dantas, Ana Lucia; Martins, S. M. S. B.; Oliveira, L. L.; Rebouças, G. O. G.
We report a theoretical investigation of the equilibrium pattern and the spectra of head-to-head and Neel domain walls of flat Fe and Py stripes, exchange coupled with a vicinal antiferromagnetic substrate. We show that the domain wall excitation spectrum is tunable by the strength of the interface field. Furthermore, strong interface coupling favors localized wall excitations.
Experimentos de óptica física para o Ensino Básico
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2023-04-20) Paz, Felipe de Oliveira da; Feitosa, Carlos Chesman de Araújo; http://lattes.cnpq.br/1150673024968512; http://lattes.cnpq.br/3870221371973355; Barboza, Carlos Antonio; http://lattes.cnpq.br/6129886378495626; Dantas, Ana Lucia
Neste trabalho apresentamos um conjunto experimental de óptica física e buscamos abordar este conceito de forma acessível para turmas do ensino básico. Os itens envolvidos no kit são (i) duas grades de múltiplas fendas (N-fendas) produzidas com recortes de CD’s e DVD’s, (ii) polarizadores em formato octagonal feitos a partir de películas encontradas em telas de monitores e televisores e (iii) placas com diferentes tipos de aberturas utilizadas em experimentos de difração, todos os materiais envolvidos podem ser manuseados em ambientes formais e informais. Nossa proposta consiste em práticas experimentais de Física com aulas que sejam mais interessantes para os alunos. Por tal razão, optamos por um método educacional conhecido como ISLE - Investigative Science Learning Environment, a esta metodologia ativa aliamos conceitos construtivistas. Expondo os estudantes aos conteúdos de natureza da luz de forma que desenvolvam o aprendizado das leis da óptica física através da inserção do método científico.
High-energy product SmCo5@Fe core-shell nanoparticles
(American Physical Society, 2018-04-16) Carriço, Arthur da Silva; Dantas, Ana Lucia; Oliveira, L. L.; Pedrosa, S. S.; Rebouças, G. O. G.; Silva, R. B.; Araújo, José Humberto de
We report a theoretical study of core-shell dipolar interaction effects on the energy product of hard/soft SmCo5@Fe core-shell spherical nanoparticles. We show that the impact of the core-shell dipolar interaction on the shell reversal process is tunable by the values of the core diameter and shell thickness. Maximum energy product optimization requires small core diameters, and the energy product enhancement may reach more than 370% for small core diameters SmCo5@Fe core-shell nanoparticles
Local modes of thin magnetic films
(American Physical Society, 2000-10-01) Carriço, Artur da Silva; Dantas, Ana Lucia; Stamps, R. L.
We calculate the frequency of rigid displacement domain wall excitations of a Nèel wall in a thin uniaxial ferromagnetic film. The domain wall is pinned by a line defect running along the uniaxial axis. We study the effect of an external field applied along the magnetization of one of the domains. The restoring force originates from energy fluctuations resulting from spin motion within the domain wall width and the excitation frequency turns zero when the external field approaches the threshold value for depinning the domain wall from the defect. The results are applied to the study of excitations of a Nèel wall in a thin uniaxial ferromagnetic film exchange coupled to a uniaxial two-sublattice antiferromagnetic substrate.
Nanoestruturas magnéticas de ferritas: análise das propriedades magnéticas e estruturais
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2024-02-23) Nunes, Marcos Santos; Araújo, José Humberto de; Torres, Marco Antonio Morales; http://lattes.cnpq.br/0091292234916055; https://orcid.org/0000-0002-3390-8600; http://lattes.cnpq.br/2455132422249405; http://lattes.cnpq.br/8380510294599672; Dantas, Ana Lucia; Júnior, Andrea Paesano; Bohn, Felipe; Araújo, José Humberto de; Soares, João Maria
O aprimoramento das propriedades magnéticas de nanopartículas com estrutura núcleo@casca e o efeito do aquecimento de nanopartículas magnéticas através da aplicação de um campo magnético alternado têm despertado intenso interesse cientí co e tecnológico. Avanços signi cativos nesse campo foram impulsionados pelo progresso nas técnicas de produção de materiais magnéticos em escala nanométrica, permitindo diversas aplicações, tais como ímãs permanentes, aplicações biomédicas e hipertermia magnética. Esta tese aborda dois sistemas nanoestruturados distintos, o primeiro deles com foco na síntese de nanocompósitos de CoFe2O4@CoFe2 com estrutura núcleo@casca, por meio de um método que não usa reagentes ou gases especiais. O processo envolveu a preparação de esferas de quitosana reticuladas com glutaraldeído contendo nanopartículas de CoFe2O4, seguida por um tratamento térmico em altas temperaturas e vácuo. O gás CO liberado durante esse processo facilitou a redução dos íons Fe3+ e Co2+ para seus estados de valência zero. Após produzidas as amostras, suas propriedades estruturais, morfológicas e magnéticas foram investigadas. A análise de difração de raios-X, microscopia eletrônica de transmissão (TEM) e espectroscopia Mössbauer revelou a presença das fases magnéticas desejadas. As imagens de TEM con rmaram a con guração de uma estrutura núcleo@casca. A caracterização magnética indicou um acoplamento magnético de troca entre as fases para determinadas condições de síntese, resultando em um produto energético máximo (BH)max = 0,67 MGOe. A espessura da fase CoFe2 (∼ 9, 0 nm) está de acordo com o limite teórico esperado pela teoria de Kneller-Hawig, que é de 10,2 nm, para que ocorra o acoplamento de troca na interface. O segundo sistema aborda a síntese e estudo das propriedades magnéticas de nanopartículas de ferrita de Manganês MnFe2O4. Nesta parte do trabalho, nanopartículas de MnFe2O4 foram sintetizadas usando o mesmo método do sistema anterior, porém, com o tratamento térmico convencional, na presença do ar. Partículas com diversos tamanhos foram obtidas por tratamentos térmicos em diferentes temperaturas. Assim, os tamanhos de partículas variaram de 7,8 a 13,3 nm. A 300 K, a magnetização de saturação das nanopartículas variou de 16,2 a 35,8 emu/g. A espectroscopia Mössbauer em baixas temperaturas mostrou a presença de MnFe2O4 monofásico. Para todas as amostras, os resultados Mössbauer a 300 K sugerem que as amostras estão no regime superparamagnético. Medidas de susceptibilidade AC e DC indicaram que abaixo da temperatura de bloqueio o sistema se comporta como um superspin glass. Medidas de SLP foram realizadas a uma frequência de 74 kHz e amplitude de campo AC de 247 Oe. Nossos resultados obtidos para ambos os sistemas foram promissores, sugerindo potenciais aplicações em ímãs permanentes e hipertermia magnética. Especificamente, destacamos o sistema CoFe2O4@CoFe2 e MnFe2O4.
Síntese e caracterização estrutural, magnética e térmica da hidroxiapatita dopada com ferro
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2014-03-14) Santos, Wellington Cantanhede dos; Medeiros, Suzana Nóbrega de; ; http://lattes.cnpq.br/2148858591663240; ; http://lattes.cnpq.br/2061164311295342; Bohn, Felipe; ; http://lattes.cnpq.br/9522788035526763; Dantas, Ana Lucia; ; http://lattes.cnpq.br/7211312864602492
No presente trabalho foram sintetizados compósitos, a partir da moagem de altaenergia dos precursores hidroxiapatita - HAp (Ca10(PO4)6(OH)2) e ferro metálico (α-Fe),com o intuito de serem utilizados em hipertermia magnética no tratamento do câncer. Osprodutos da moagem foram caracterizados por difratometria de raios X (DRX),microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de energia dispersiva (EDS),medidas de magnetização em função do campo aplicado e medidas de temperatura emfunção do campo alternado. Os DRX das amostras batidas de HAp/Fe revelaram somente apresença dos precursores. O MEV mostrou aglomerados com formatos irregulares. Ascurvas de magnetização obtidas apresentam casos típicos de comportamentoferromagnético fraco. Para as amostras batidas e submetidas a tratamento térmico asseguintes fases foram identificadas: HAp (Ca10(PO4)6(OH)2) , hematita (Fe2O3) e ferrofosfato tricálcio, FeTCP, Ca19Fe2 (PO4)14. Analisando os resultados de M x H, verificou-seuma redução na magnetização de saturação, tendo em vista que o Fe foi incorporado àHAp. As curvas de histerese, obtidas a 300 K, são características de amostras que possuemmais de uma fase. Em 77 K, o comportamento da curva de histerese é influenciado pelapresença da hematita que é antiferromagnética. Já em T = 4,2K, é observado umcomportamento ferromagnético fraco. Além disso, verifica-se o efeito de “exchange bias”.Os resultados obtidos das medidas de temperatura em função do campo alternado sãopromissores para aplicações em hipertermia magnética e outras aplicações biomédicas.
Surface-induced low-field instability of antiferromagnetic multilayers
(American Physical Society, 1999-01-01) Carriço, Artur da Silva; Dantas, Ana Lucia
We discuss the surface-induced low-field instability of the antiferromagnetic phase of magnetic multilayers. The threshold field is calculated analytically for multilayers of arbitrary thickness containing an even number of layers. We show that the threshold is given by HSSF=5AHeHa1Ha 2 , where He and Ha are the effective exchange and anisotropy fields. The effective anisotropy field Ha may include both uniaxial and fourfold crystalline anisotropy. Numerical simulations of the equilibrium phases, based on a self-consistent effective field method, are used to obtain the magnetization pattern. We find that thick uniaxial multilayers display a three-stage transition from the antiferromagnetic to the field-aligned phases, whereas in thin multilayers the transition is from the antiferromagnetic to a nearly spin-flop structure, which gradually aligns with the applied field. If the films composing the multilayer have uniaxial and crystalline anisotropy, the magnetization profile in the multilayer and the nature of the transition depend on the relative values of the uniaxial and crystalline anisotropies.

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