Magnetic properties of maghemite nanoparticles : a heisenberg - monte carlo study

Abstract

RESUMEN: En este trabajo se investigan las propiedades magnéticas de nanopartículas de maghemita γ-Fe2O3 utilizando el método de Monte Carlo-Metropolis sobre la base de un modelo de Heisenberg clásico tridimensional con anisotropía magnetocristalina. La estructura espinela ha sido simulada en forma realista con condiciones de frontera libres para tener en cuenta el efecto de la superficie en una nanopartícula de diámetro 3.34 nm. También se han tenido en cuenta las diferentes interacciones de superintercambio competitivas entre iones de Fe3+ incluyendo sitios tetraédricos y octaédricos. Los resultados revelan una marcada disminución de la temperatura de Curie de la nanopartícula considerada respecto a aquella de una maghemita en bulk, como consecuencia del menor número de coordinación promedio. Finalmente se presenta y discute el efecto de la anisotropía de superficie sobre la configuración magnética de los espines en el límite cuando la temperatura tiende a cero.

ABSTRACT: In this work, the magnetic properties of maghemite γ-Fe2O3 nanoparticles by using the Monte Carlo-Metropolis method on the basis of a three-dimensional classical Heisenberg model with magnetocrystalline anisotropy are investigated. The spinel structure has been simulated in realistic way with free boundary conditions in order to take into account the surface effect on a nanoparticle of diameter 3.34 nm. The different competing superexchange interactions between Fe3+ ions involving tetrahedral and octahedral crystallographic sites have been also taken into account. Results reveal a marked decrease of the Curie temperature of the considered nanoparticle with that obtained for a bulk maghemite, as a consequence of the smaller coordination number. Finally the effect of surface anisotropy upon the magnetic spin configuration in the limit when the temperature goes to zero is presented and discussed