Correlación entre la estructura cristalina y las propiedades magnéticas de la magnetita en estado masivo y nanocristalino

Abstract

El Trabajo de Fin de Grado que se presenta en esta memoria tiene como objetivo caracterizar la estructura cristalina y las propiedades magnéticas de dos muestras de magnetita: una en estado masivo y la otra nanométrica contenida en bacterias en forma de magnetosomas. El análisis estructural por difracción de rayos X y refinamiento de Rietveld (FullProf) confirma que la magnetita es la fase principal de las dos muestras con un parámetro de red a ≈ 8,4 Å. Las medidas magnéticas del magnetómetro de alta precisión MPMS-SQUID (Quantum Design) en la Universidad de Cantabria muestran la característica transición de Verwey de la magnetita, alrededor de T=123 K para la muestra masiva y cerca de T=100 K en las bacterias en las medidas estáticas de imanación DC con la temperatura MDC(T). Además aparece un comportamiento superparamagnético de las nanopartículas con la aplicación de campos de intensidad intermedia (H ≃ 500 Oe). En las medidas de corriente alterna (susceptibilidad dinámica), la muestra masiva presenta de nuevo la transición de Verwey y, además, revela una transición a bajas temperaturas (T≈ 35 K) que sigue una atenuación del tipo Arrhenius, indicando un proceso electrónico. Por su parte, las medidas de susceptibilidad AC con la temperatura χAC(T) de las bacterias resultaron demasiado ruidosas para extraer conclusiones fiables atribuible a la baja cantidad (∼= mg) de bacteria disponible.

This thesis characterizes the crystal structure and magnetic properties of two magnetite samples: one in the bulk state and the other nanometrically dispersed in bacteria in the form of magnetosomes. Structural analysis by X-ray diffraction and Rietveld refinement (FullProf) confirms the presence of magnetite as the main phase of the two samples with lattice parameter a ≈ 8.4 Å. Magnetic measurements from the high-precision MPMS-SQUID (Quantum Design) magnetometer at the University of Cantabria show the characteristic Verwey transition of magnetite, around T=123 K for the bulk sample and around T=100 K for the bacteria in static measurements of DC magnetization with temperature MDC(T). Furthermore, superparamagnetic behaviour of the nanoparticles is revealed when intermediate-strength fields (H ≃ 500 Oe) are applied. In alternating current measurements (dynamic susceptibility), the bulk sample presents the Verwey transition and, in addition, reveals a transition at low temperatures (T≈ 35 K) that follows an Arrhenius-type attenuation, indicating an electronic process. On the other hand, AC measurements with temperature χAC(T) of the bacteria were too noisy to draw reliable conclusions attributable to the low amount of available bacteria (∼= mg).