Quantitative spatial magnetization distribution in iron oxide nanocubes and nanospheres by polarized small-angle neutron scattering

Abstract

By means of polarized small-angle neutron scattering, we have resolved the long-standing challenge of determining the magnetization distribution in magnetic nanoparticles in absolute units. The reduced magnetization, localized in non-interacting nanoparticles, indicates strongly particle shapedependent surface spin canting with a 0.3(1) and 0.5(1) nm thick surface shell of reduced magnetization found for ∼9 nm nanospheres and ∼8.5 nm nanocubes, respectively. Further, the reduced macroscopic magnetization in nanoparticles results not only from surface spin canting, but also from drastically reduced magnetization inside the uniformly magnetized core as compared to the bulk material. Our microscopic results explain the low macroscopic magnetization commonly found in nanoparticles.

Synthesis and characterization of superparamagnetic iron-oxide nanoparticles (SPIONs) and utilization of SPIONs in X-ray imaging

“…Magnetization values were found to be below the 0.5 M S for 40 nm cubic particles (MartinezBoubeta et al 2013). In our study, the M S was lesser for our particle, as smaller particles have smaller magnetization (Martinez-Boubeta et al 2013;Disch et al 2012).…”

Magnetic properties of glass-ceramics obtained by crystallization of iron-rich borosilicate glasses

“…We do not rule out the role of the surface spins in entire this picture. They substantially change the shape and surface anisotropies [58]. This effect is emphasized in ferrite-like structures by the existence of two sublattices [59].…”

Мессбауэровские исследования наночастиц FeO/Fe-=SUB=-3-=/SUB=-O-=SUB=-4-=/SUB=- типа ядро/оболочка

“…Перспективным [14] и ссылки там), тем не менее, их аномальные магнитные свойства, такие как пониженная намагниченность насыщения, по сравнению с объем-ными величинами, обменное смещение в однофазных наночастицах и высокополевые восприимчивости все еще плохо изучены и обычно приписываются скосу спи-новой структуры или дефектам на внешней поверхности частиц [19,20]. Отсюда следует, что необходимы иссле-дования, связывающие структурные особенности (напри-мер, дефекты) внутри магнитных наночастиц (МНЧ) с наблюдаемыми аномальными магнитными свойствами.…”

“…Полученные результаты были сравнены с известными для МНЧ FeO/Fe 3 O 4 типа Я/О как сфери-ческой, так и кубической формы [6,10,15,16,20,[23][24][25]. Установлено, что намагниченность сферических МНЧ FeO/Fe 3 O 4 типа Я/О больше чем кубических МНЧ FeO/Fe 3 O 4 , но эффективная анизотропия (как формы, так и обменная анизотропия) -меньше, а также меньше значение SAR.…”