Nanopartículas de Magnetita: estudio de las anomalías a bajas temperaturas

Abstract

El objetivo de este proyecto ha sido analizar la transición de bajas temperaturas (en torno a 30-50 K) presente en la magnetita bulk, en el caso de las nanopartículas, y tratar de obtener una explicación acerca de su origen. Para ello, se han utilizado nanopartículas de magnetita con diversos tamaños, morfologías y purezas, procedentes de muestras comerciales, muestras sintetiza das en el laboratorio, y nanopartículas de origen bacteriano. Se ha caracterizado la estructura y morfología de estas nanopartículas mediante una combinación de difracción de rayos X (XRD) y microscopía electrónica de transmisión (TEM). Aparte, se han utilizado medidas de la imanación en función del campo y en función de la temperatura para caracterizar la respuesta magnética de las nanopartículas combinando medidas magnéticas AC y DC. En todas las muestras se ha observado la presencia de una transición magnética a bajas temperaturas, en el rango de 15-35 K, la cual se puede ajustar por un modelo de Arrhenius. Aunque los ajustes parecen confirmar la presencia de una transición similar a la del bulk en el caso de nanopartículas, y sugieren un fenómeno de congelamiento de electrones de conducción a bajas temperaturas, serán necesarios experimentos adicionales para arrojar luz sobre algunas de las anomalías detectadas al respecto de esta transición.

The main goal of this project has been to analyze the low temperature transition (around 30-50 K) present in bulk magnetite, in the case of nanoparticles, in order to obtain an explanation about its origin. For this, magnetite nanoparticles with different sizes, morphologies and purities from commercial samples, samples synthesized in the laboratory, and nanoparticles of bacterial origin have been used. The structure and morphology of these nanoparticles have been characterized by a combination of X-ray diffraction (XRD) and transmission electron microscopy (TEM). Furthermore, measurements of magnetization as a function of the field and as a function of temperature have been used to characterize the magnetic response of the nanoparticles by combining AC and DC magnetic measurements.. The presence of a magnetic transition at low temperatures, in the range of 15-35 K, has been observed in all the samples, which can be adjusted by an Arrhenius model. Although the adjustments seem to confirm the presence of a transition similar to that of bulk in the case of nanoparticles, and suggest a phenomenon of freezing of coupled electron hopping at low temperatures, additional experiments will be necessary to clarify some of the anomalies detected in this transition.