Interacción dipolar en ensambles de partículas magnéticas: fabricación de ensambles, cuantificación a partir de asimetrías en los ciclos menores de magnetización y modelo analítico de campo medio

Abstract

"En el presente trabajo se han planteado y validado cuatro métodos que permiten cuantificar el campo de interacción, tanto a nivel individual, así como en promedio en un ensamble de partículas. Posteriormente, estos resultados se usan para determinar la distribución intrínseca de campos de rotación (iSFD) del ensamble. Los métodos han sido validados usando simulaciones y datos experimentales obtenidos empleando magnetometría de gradiente alternante y redes de nanoalambres. Los métodos se basan en el uso de ciclos menores y en la asimetría en campo que induce el campo de interacción entre el segmento descendente y ascendente de estos ciclos. Las asimetrías que se han utilizado son (i) la diferencia entre las areas contenidas en los ciclos menores del lado positivo y negativo del eje del campo magnético, (ii) las intersecciones de las derivadas (dM/dH) de las curvas descendentes y ascendentes de los ciclos menores, (iii) el corrimiento de los campos de rotación de cada punto contenido en un ciclo menor y (iv) la diferencia entre los campos de retorno y de saturación de un ciclo menor. Para cada uno de estos casos, se plantearon las expresiones que permiten relacionar el valor del campo de interacción con una diferencia de campos magnéticos relacionados con la asimetría en cuestión. Posteriormente, estos valores han sido empleados para calcular la iSFD a partir de la distribución de campos de rotación medida. Los resultados experimentales obtenidos han sido comparados con valores determinados por otros métodos independientes basados en curvas de remanencia, observando un excelente acuerdo entre los resultados obtenidos por los diferentes métodos, tanto para el campo de interacción promedio como para la iSFD que se obtiene. Finalmente se estudió el problema de la anisotropía magnética inducida por el campo de interacción en ensambles de partículas esféricas isotrópicas. Con este fin, se obtuvo un modelo analítico en la aproximación de campo medio. Con el modelo se ha mostrado para geometrías relevantes que la anisotropía de origen dipolar tiene la simetría del volumen que envuelve al ensamble y una amplitud proporcional a la fracción de volumen ocupado por estas. Experimentalmente se estableció una metodología para obtener recubrimientos de ensambles de partículas magnéticas usando aglutinantes con bajo punto de fusion, con los cuales se han obtenido recubrimientos tubulares sobre fibras cilíndricas."

"This work has lead to the formulation and validation of four different methods that allow the quantification of the interaction field, both as a distribution or as an average value, as well as the determination of the instrinsic switching field distribution (iSFD) in systems of interacting magnetic particles. The different methods were validated using simulations as well as experimental results obtained using alternating gradient magnetometry on arrays of magnetic nanowires grown by electrodeposition into porous membranes. The methods are based on the use of minor loops and the field asymmetry between the descending and ascending parts of these loops that is induced by the interaction field. The assymetries used in the different methods are: (i) the difference between the areas enclosed in a minor loop on the positive and negative side of the magnetic fiel axis, (ii) the intersections between the derivatives (dM/dH) of the descending and ascending parts of the minor loops, (iii) the field shift of the switching fields of each point involved in a minor loop and, (iv) the difference between the values of the return field and saturation field. For each case, an expression relating the interaction field value to the field difference related to the asymmetry has been derived. Then, the calculated values were used to determine the iSFD from the measured switching field distribution (SFD). The experimental results have been compared with values obtained experimentally using a different and independent method based on the remanence curves, obtaining a very good agreement between the results provided by each of the different methods for both the interaction field value as well as for the iSFD. Finally, the magnetic anisotropy induced by the interaction field in assemblies of isotropic spherical particles was studied. To this end, an analytical model was derived in the mean-field approximation. Using the model, it has been demonstrated for relevant geometries that the anisotropy originating from dipolar interactions has the symmetry of the volume enclosing the assembly and an amplitude proportional to the fraction of volume occupied by them. Experimentally, a methodology was established to obtain coatings of assemblies of magnetic particles using binders with a low melting point. With these binders, tubular coatings have been obtained using cylindrical fibers."