Neutronenspektroskopie zur Trennung magnetischer Modi
12. Februar 2025
Die magnetischen Eigenschaften von Eisenoxid-Nanopartikeln spielen eine fundamentale Rolle für zahlreiche Anwendungen, von der Hyperthermie in der Krebsbehandlung bis hin zu adaptiven Stoßdämpfern für die Autoindustrie. Dennoch bleiben viele Details ihrer magnetischen Signaturen unklar. Das Team von Prof. Zobel (JCNS-3) gelangte nun zu einem umfassenden Bild, das drei magnetische Modi trennt, indem es die magnetische Dynamik durch hochauflösende Neutronenspektroskopie-Experimente am Hochflussreaktor des ILL in Grenoble erschloss.
Der Durchbruch beruht auf der Analyse von Daten in einem weiten Winkelbereich, da die Streuinformationen bei verschiedenen Winkeln unterschiedlichen Längenskalen entsprechen und auf diese Weise diskrete magnetische Phänomene sichtbar werden.
Die Forscher identifizierten superparamagnetische Relaxationen, die z. B. für die Erwärmung von Körpern durch externe Anregung relevant sind. Sie fanden einen direkten Beweis für diese Eigenschaft, eine Superspin-Fluktuation zwischen einfachen kristallographischen Richtungen, im Kleinwinkelbereich, in welchem großräumige Phänomene vorherrschen. Darüber hinaus wurde eine kohärente magnetische Anregung von 23 µeV, auch Magnon genannt, am ersten Bragg-Peak identifiziert, die interatomare Fe-Fe-Korrelationen repräsentiert.
Die dritte magnetische Signatur ist eine schwache Relaxation, die auf allen Längenskalen auftritt und isolierte Spins in einer dünnen magnetischen Hülle der Nanopartikel repräsentiert, deren strukturelle Identität zuvor mit magnetischer Kleinwinkel-Neutronenstreuung nachgewiesen wurde.
Originalpublikation:
Separating spin dynamics modes in iron oxide nanoparticles
M. Zobel, M. Appel, S. L. J. Thomä, M. Plekhanov, and A. Magerl
Phys. Rev. B 111, L060406 – Published 11 February, 2025
DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.111.L060406