Size and thickness effect on magnetic structures of maghemite hollow magnetic nanoparticles
Effet de taille et d'épaisseur sur les structures magnétiques des nanoparticules magnétiques creuses de maghémite
Résumé
The effect of surface anisotropy on the magnetic ground state of hollow maghemite nanoparticles is investigated using atomistic Monte Carlo
simulation. The computer modeling is carried on hollow nanostructures as a function of size and shell thickness. It is found that the large contribution of the surface anisotropy imposes a ‘‘throttled’’ spin structure where the moments located at the outer surface tend to orient normal to the surface while those located at the inner surface appear to be more aligned. For increasing values of surface anisotropy in the frame of a radial model, the magnetic moments become radially oriented either inward or outward giving rise to a ‘‘hedgehog’’ configuration with nearly zero net magnetization. We also show the effect of the size of hollow nanoparticle on the spin behavior where the spin non-collinearity increases (for fixed value of
surface anisotropy) as the diameter of the hollow nanoparticle increases due to the significant increase in surface-to-volume ratio, the thickness being constant. Moreover, the thickness of the hollow nanoparticle shell influences the spin configuration and thus the relation between surface anisotropy and the size or the thickness of the hollow nanoparticle is established.
L'effet de l'anisotropie de surface sur l'état fondamental magnétique des nanoparticules creuses de maghémite est étudié à l'aide d'une simulation atomistique de Monte Carlo. La modélisation informatique s'effectue sur des nanostructures creuses en fonction de la taille et de l'épaisseur de la coque. On constate que la grande contribution de l'anisotropie de surface impose une structure de spin « étranglée » où les moments situés à la surface externe ont tendance à s'orienter normalement à la surface tandis que ceux situés à la surface interne semblent être plus alignés. Pour des valeurs croissantes d'anisotropie de surface dans le cadre d'un modèle radial, les moments magnétiques s'orientent radialement vers l'intérieur ou vers l'extérieur, donnant lieu à une configuration en « hérisson » avec une magnétisation nette presque nulle. Nous montrons également l'effet de la taille de la nanoparticule creuse sur le comportement du spin où la non-colinéarité du spin augmente (pour une valeur fixe de l'anisotropie de surface) à mesure que le diamètre de la nanoparticule creuse augmente en raison de l'augmentation significative du rapport surface/volume. , l'épaisseur étant constante. De plus, l’épaisseur de la coque creuse des nanoparticules influence la configuration du spin et ainsi la relation entre l’anisotropie de surface et la taille ou l’épaisseur de la nanoparticule creuse est établie.