nanomagnetismo

1. Pós-graduando: Fadi Simon de Souza Magalhães
Professor: Pablo Leite Bernardo
Antiferromagnetismo e Experimentos
Introdução ao Nanomagnetismo (PCN1752)

2. Antiferromagnetismo
2
Nicola A. Spaldin. (2011). Magnetic Materials: Fundamentals and Applications (2nd
ed.). Cambridge University Press.
• Antiferromagnetos contém
duas sub-redes idênticas e
interpenetrantes de íons
magnéticos, mas quando
magnetizadas, se alinham
de forma oposta (sem
magnetização líquida).
• Não conta com
magnetização espontânea
(similar ao
paramagnetismo).
Interação entre os momentos magnéticos (interação de troca) tende a alinhar
adjacentes momentos antiparalelamente entre si.

3. 3
Teoria de Weiss AFM
Partiu de uma observação experimental!
Nicola A. Spaldin. (2011). Magnetic Materials: Fundamentals and Applications (2nd ed.). Cambridge
University Press.
𝜒 =
𝐶
𝑇 − (−𝜃)
𝜃 ∝ 𝛾 (campo molecular)

4. 4
Teoria de Weiss AFM
𝜒 =
𝐶
𝑇 + 𝜃
𝐻𝑊
𝐴
= −𝛾𝑀𝐵 𝐻𝑊
𝐵
= −𝛾𝑀𝐴
Duas sub-redes nomeadas A e B, sem interações entre íons A-A e B-B.
Campo molecular de cada sub-rede
𝑀𝐴 =
𝐶′ 𝐻−𝛾𝑀𝐵
𝑇
𝑀𝐵 =
𝐶′ 𝐻−𝛾𝑀𝐴
𝑇
𝜒 =
𝑀
𝐻
=
𝐶
𝑇
Partindo da lei de Curie (regime para)
Magnetização total 𝑀 = 𝑀𝐴 + 𝑀𝐵 resolve o sistema
𝑀 =
2𝐶′𝐻
𝑇 + 𝐶′𝛾
𝜒 =
2𝐶′𝐻
𝑇 + 𝐶′𝛾
1
𝐻
=
C
𝑇 + 𝜃

5. 5
Teoria de Weiss AFM na 𝑻𝑪
𝑀𝐴 =
𝐶′ 𝐻−𝛾𝑀𝐵
𝑇
Na temperatura de Néel, caso não haja campo externo aplicado, 𝜃 = 𝑇𝑁
𝑀𝐴 =
−𝐶′𝛾𝑀𝐵
𝑇𝑁
Nicola A. Spaldin. (2011). Magnetic Materials:
Fundamentals and Applications (2nd ed.). Cambridge
University Press.
𝑀𝐴 =
−𝜃𝑀𝐵
𝑇𝑁
=
𝜃𝑀𝐴
𝑇𝑁
𝜃 = 𝑇𝑁

6. 6
Difração de neutrons
Difratômetro de nêutrons de alta
resolução - Aurora
Instalado no reator de pesquisas
IEA-R1 do IPEN-CNEN/SP, é o único
instrumento deste tipo na América
Latina
Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares

7. 7
Difração de neutrons
• Difração em pó
• Difícil de obter bons resultados
• Permite determinar a distribuição
espacial, direção e magnitude
dos momentos magnéticos no
material
• A presença da ordem magnética
afeta diversas propriedades dos
materiais; isto inclui
propriedades de transporte
elétrico, propriedades elásticas
propriedades óticas, entre
outras.

8. 8
Difração de neutrons
Ličen, M. et al. (2017). Neutron diffraction from
superparamagnetic colloidal crystals. Journal of
Physics and Chemistry of Solids, 110, 234–240.
𝑛𝜆 = 2𝑑 sin 𝜃
Nicola A. Spaldin. (2011). Magnetic Materials: Fundamentals and Applications (2nd ed.). Cambridge University Press.

9. 9
Espectroscopia Mössbauer
Núcleo de Física Aplicada - UNB
ℋIS =
2𝜋𝑍𝑒
5
𝑅2
𝑒𝑥 − 𝑅2
𝑓 𝜓 0 𝐴
2
− 𝜓 0 𝐹
2
Parâmetros hiperfinos - Contribuição de
monopolo elétrico 𝐸𝑜 (deslocamento
isomérico), contribuição de quadrupolo elétrico
𝐸2 (desdobramento quadrupolar) e
contribuição magnética 𝑀1 (interação
magnética).

10. 10
Espectroscopia Mössbauer
Ressonância Magnética Nuclear com isótopo 57𝐹𝑒
𝛼 − 𝐹𝑒2𝑂3 ℎ𝑒𝑚𝑎𝑡𝑖𝑡𝑎 − 𝑎𝑛𝑡𝑖𝑓𝑒𝑟𝑟𝑜!
ℋ = −𝜇 ∙ 𝑯 = 𝑔𝐵𝑰 ∙ 𝑯
A separação entre as linhas 1 e 6 nos permite
avaliar o campo interno sentido pelos átomos em
cada sub-rede da hematita como sendo: 𝐻 = 51 𝑇.

11. 11
SQUID
SQUID (Dispositivo de Interferência Quântica Supercondutora)
Núcleo de Física Aplicada - UNB
• Necessita baixas temperaturas (Hélio líquido,
de preferência)
• Composto por um ou dois anéis
supercondutores interrompidos por uma ou
duas junções Josephson
• Campo magnético aplicado gera correntes
altíssimas
• Sensível a campos magnéticos estáticos ou
variações baixas (~ 10−12 𝑇). Extremamente
sensível!
CAMPOS JÚNIOR, Luiz de Melo et al. Síntese e caracterização de
óxidos magnéticos diluídos nanoestruturados preparados por moagem
mecânica. 2014.

12. 12
Referências
 Nicola A. Spaldin. (2011). Magnetic Materials: Fundamentals and Applications (2nd
ed.). Cambridge University Press.
 Ličen, M., Drevenšek-Olenik, I., Čoga, L., Gyergyek, S., Kralj, S., Fally, M., Pruner,
C., Geltenbort, P., Gasser, U., Nagy, G., & Klepp, J. (2017). Neutron diffraction from
superparamagnetic colloidal crystals. Journal of Physics and Chemistry of Solids,
110, 234–240.
 Burns, S. R., Paull, O., Juraszek, J., Nagarajan, V., & Sando, D. (2020). The
Experimentalist’s Guide to the Cycloid, or Noncollinear Antiferromagnetism in
Epitaxial BiFeO3. In Advanced Materials (Vol. 32, Issue 45). Wiley-VCH Verlag.
 Vitoux, L., Reichardt, M., Sallard, S., Novák, P., Sheptyakov, D., & Villevieille, C.
(2018). A cylindrical cell for operando neutron diffraction of Li-ion battery electrode
materials. Frontiers in Energy Research, 6(AUG), 378790.
https://doi.org/10.3389/FENRG.2018.00076/BIBTEX

13. 13
Referências
 Chen, H., Niu, Q., & Macdonald, A. H. (2014). Anomalous hall effect arising from
noncollinear antiferromagnetism. Physical Review Letters, 112(1).
 Müller, B., & Voorde, M. H. van de (Marcel H. ). (2016). Nanoscience and
nanotechnology for human health. Wiley-VCH.
 Goetsch, R. J., Anand, V. K., & Johnston, D. C. (2013). Antiferromagnetism in
EuNiGe3. Physical Review B - Condensed Matter and Materials Physics, 87(6).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.87.064406
 MácA, F., Mašek, J., Stelmakhovych, O., Martí, X., Reichlová, H., Uhlířová, K.,
Beran, P., Wadley, P., Novák, V., & Jungwirth, T. (2012). Room-temperature
antiferromagnetism in CuMnAs. Journal of Magnetism and Magnetic Materials,
324(8), 1606–1612.
 Chen, H., Niu, Q., & Macdonald, A. H. (2014). Anomalous hall effect arising from
noncollinear antiferromagnetism. Physical Review Letters, 112(1).