Preparación, caracterización y propiedades de nanohilos magnéticos bimetálicos

Directora: Paula Bercoff

Lugar: https://meet.google.com/rsz-krqm-abv

Resumen: Los nanomateriales pertenecen a una nueva generación de tecnología que comenzó a estudiarse hacia finales del siglo XX, cuando se logró superar los límites de la microscopía óptica. Dentro de la gran variedad de estructuras que se pueden conseguir, los nanohilos se han destacado por las particulares características dadas por su geometría y por sus propiedades físico-químicas. Además, han proliferado diversas técnicas de fabricación que reducen ampliamente el costo de producción lo que, sumado a la variedad de morfologías posibles de obtener (tales como nanohilos segmentados, core-shell, ramificados, multicapas, arreglo de hilos, etc.) y al amplio abanico de materiales disponibles, fue generando cada vez más interés en la comunidad científica y en la industria. Algunas de las áreas en las que los nanohilos metálicos tuvieron más impacto son la espintrónica, grabación magnética, la nanomedicina (ya sea como tratamientos o como repartidores de medicinas), en almacenamiento de energía, en remediación ambiental y como sensores de distintos tipos, entre otras. Para este trabajo nos propusimos fabricar y estudiar arreglos de nanohilos bimetálicos de Fe-Ni con un enfoque en sus propiedades magnéticas. Produjimos tres muestras con composiciones que rondan la del Permalloy, una aleación rica en Ni (Fe25Ni75) muy conocida en el mundo, usando la técnica de electrodeposición de iones en membranas de alúmina porosa previamente fabricadas en nuestro laboratorio. Mediante microscopía electrónica de barrido estudiamos la morfología y por difracción de rayos la microestructura de las muestras fabricadas. Analizamos las propiedades magnéticas a partir de los ciclos de histéresis conseguidos por medio de magnetometría de muestra vibrante a temperatura ambiente, variando el ángulo entre el eje longitudinal de los nanohilos y el campo aplicado. En complemento con los datos experimentales, usamos valores característicos de las particulares aleaciones estudiadas para los materiales en bulk encontrados en la literatura y aplicamos modelos teóricos para comprender los procesos de magnetización que se dan en los nanohilos. Obtuvimos arreglos de nanohilos con alto grado de ordenamiento en estructura hexagonal, dada por la organización de los poros en la membrana que los contenía. El diámetro de nanohilo encontrado para todas las muestras fue el mismo (65 nm), mientras que el largo, del orden de unos micrones, varió considerablemente, hallando incluso distribuciones no uniformes de la longitud en dos de las muestras. Las tres muestras resultaron tener una misma fase cristalina correspondiente a la fase desordenada γ'-Ni(Fe) (Fe en una matriz de Ni). El análisis magnético mostró coercitividades y remanencias bajas, en concordancia con lo que se espera de materiales magnéticamente blandos como el Permalloy. El eje de fácil magnetización coincide con la dirección del eje longitudinal de los nanohilos (PA) demostrando la gran contribución de la anisotropía de forma dada por la geometría de los nanohilos (alta relación de aspecto). La configuración en arreglo de nanohilos proporcionó suficiente interacción dipolar entre los mismos como para compensar la anisotropía de forma, reduciendo a menos del 50% la remanencia normalizada en la dirección PA y logrando una anisotropía efectiva que favorece la orientación en el plano perpendicular al eje longitudinal de los nanohilos. La aparición de un máximo de susceptibilidad diferencial χ en campos magnéticos positivos sólo pudo ser explicado por medio de una estructura magnética remanente metaestable formada por dominios de tipo vórtice que son producto de la competencia entre la anisotropía de forma y la interacción dipolar entre nanohilos.