자성 나노 입자와 초상자성 공명 (1) "크기 효과"
ER210005E
금속 및 반도체의 벌크 결정(> 100nm)은 "밴드 구조"라고 하는 연속 에너지 레벨에 속하는 자유 전자에서 파생된 전기 전도도를 갖습니다. 이 결정들이 메소스코픽 영역으로 축소되면(그림 1: 1 – 100nm) 에너지 준위의 공간은 더 이상 "연속적"인 것으로 간주되지 않고 불연속적인 것으로 간주됩니다. 결과적으로 벌크, 원자, 분자와는 다른 새로운 물성을 보인다. 이것을 양자 크기 효과라고 합니다.[1].
삼산화철(Fe3O4)는 반금속(또는 반도체)이자 페리자성체(ferrimagnet)로 "자석"으로 잘 알려져 있으며 역사적으로 친숙한 화합물입니다. 자철광의 미립자 및 기타 금속은 양자 효과에 따라 특징적인 물리적 특성을 나타냅니다. mesoscopic 크기의 자기 입자는 단일 자기 영역을 가지며 "초상자성체"더 이상 브라운 운동과 Neel 이완의 효과에 의해 페리자석이 아닙니다. 강자성체/페리자성체와 달리 초상자성체는 히스테리시스가 없고 자기 이방성이 작습니다. 그럼에도 불구하고 페리자석과 유사한 자기 모멘트가 큽니다. 자철광과 같은 자성 나노 입자는 Hyperthermia 분야에 적용[2] [3], 자기 입자 이미징[4] 조영제로[5] 자기 공명 영상의.
그림 1 전도성 물질의 크기와 에너지 구조를 나타내는 그림.
입자 크기에 따라 달라지는 FMR/SPR 스펙트럼의 변화
그림 2는 Fe의 강자성 공명(FMR) 스펙트럼을 보여줍니다.3O4 직경 50 – 100 nm의 분말 및 Fe의 초상자성 공명(SPR) 스펙트럼3O4 톨루엔에 자성 나노입자 분산. 대형 자성 분말은 자기 이방성뿐만 아니라 전기 전도성을 가지고 있습니다. 따라서 그 스펙트럼은 넓은 Dysonian 형태로 관찰된다. 반대로, 나노입자의 자기이방성은 소형화에 따라 점점 작아지고, 추가적으로 새로운 좁은 등방성 신호가 나타난다. 이러한 스펙트럼 패턴은 대형 분말 및 상자성 철 이온과 완전히 다릅니다. 이것은 크기에 따라 달라지는 고유한 전자 상태입니다.
그림 2 자철광의 ESR 스펙트럼(Fe3O4) 직경이 다른 입자.
(a) Fe의 FMR 스펙트럼3O4 직경 50 – 100 nm의 분말.
(b) Fe의 SPR 스펙트럼3O4 톨루엔 중 자성 나노입자 분산액(0.625 mg/mL).
참조 :
- [1] R. Kubo, J. Phys. Soc. 일본, 17, 975 (1962).
- [2] A. Rajan, NK Sahu, J Nanopart Res. 22, 319(2020).
- [3] T. Morino, T. Etani, T. Naiki, N. Kawai, T. Kikumori, Y. Nishida, N. Yamamoto, T. Yasui, Thermal Med, 35 (3), 23-32(2019).
- [4] B. Gleich, J. Weizenecker, 자연 435, 1214–1217 (2005).
- [5] R. Qiao, C. Yang 및 M. Gao, J. Mater. 화학, 19, 6274-6293 (2009).
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