Teoría de la relajación de Néel - Néel relaxation theory

La teoría de la relajación de Néel es una teoría desarrollada por Louis Néel en 1949 para explicar los fenómenos magnéticos dependientes del tiempo conocidos como viscosidad magnética . También se le llama teoría de Néel-Arrhenius , después de la ecuación de Arrhenius , y teoría de Néel-Brown después de una derivación más rigurosa de William Fuller Brown, Jr. Néel usó su teoría para desarrollar un modelo de magnetización termorremanente en minerales ferromagnéticos de dominio único que explicaba cómo estos minerales podrían registrar de manera confiable el campo geomagnético . También modeló la susceptibilidad dependiente de la frecuencia y la desmagnetización de campo alterno.

Superparamagnetismo

El superparamagnetismo se produce en nanopartículas ferromagnéticas y ferrimagnéticas que son de un solo dominio , es decir, compuestas por un solo dominio magnético . Esto es posible cuando su diámetro es inferior a 3–50 nm, según los materiales. En esta condición, se considera que la magnetización de las nanopartículas es un único momento magnético gigante, suma de todos los momentos magnéticos individuales transportados por los átomos de la nanopartícula. Esto es en lo que la gente está trabajando en el subcampo del superparamagnetismo llamado "aproximación macro-spin".

Tiempo medio de transición

Debido a la anisotropía magnética de la nanopartícula , el momento magnético generalmente tiene solo dos orientaciones estables antiparalelas entre sí, separadas por una barrera de energía . Las orientaciones estables definen el eje magnético fácil de la nanopartícula. A una temperatura finita, existe una probabilidad finita de que la magnetización se mueva e invierta su dirección. El tiempo medio entre dos giros se llama tiempo de relajación de Néel τ _N y viene dado por la ecuación de Néel-Arrhenius:

${\ Displaystyle \ tau _ {\ text {N}} = \ tau _ {0} \ exp \ left ({\ frac {KV} {k _ {\ text {B}} T}} \ right)}$ ,

donde KV es la altura de la barrera de energía, producto de la densidad de energía de anisotropía magnética K y el volumen V ; k _B es la constante de Boltzmann , T la temperatura y su producto la energía térmica; y τ ₀ es un período de tiempo, característico del material, llamado tiempo de intento o período de intento (su recíproco se llama frecuencia de intento ). Los valores típicos para τ ₀ están entre 10 ⁻⁹ y 10 ⁻¹⁰ segundos.

El tiempo de relajación de Néel puede ser desde unos pocos nanosegundos hasta años o mucho más. En particular, es una función exponencial del volumen de grano, lo que explica por qué la probabilidad de volteo se vuelve rápidamente insignificante para materiales a granel o nanopartículas grandes.

Temperatura de bloqueo

Suponga que la magnetización de una sola nanopartícula superparamagnética se mide durante un tiempo τ _m . Si este tiempo es mucho mayor que el tiempo de relajación τ _N , la magnetización de nanopartículas cambiará varias veces durante la medición. En campo cero, la magnetización medida tendrá un promedio de cero. Si τ _m ≪ τ _N , la magnetización no cambiará durante la medición, por lo que la magnetización medida será igual a la magnetización inicial. En el primer caso, la nanopartícula parecerá estar en estado superparamagnético, mientras que en el último caso estará bloqueada en su estado inicial. El estado de la nanopartícula (superparamagnética o bloqueada) depende del tiempo de medición. Una transición entre superparamagnetismo y el estado bloqueado se produce cuando τ _m = τ _N . En varios experimentos, el tiempo de medición se mantiene constante pero la temperatura varía, por lo que la transición entre el superparamagnetismo y el estado bloqueado es función de la temperatura. La temperatura para la cual τ _m = τ _N se denomina temperatura de bloqueo :

${\ Displaystyle T _ {\ text {B}} = {\ frac {KV} {k _ {\ text {B}} \ ln \ left (\ tau _ {\ text {m}} / \ tau _ {0} \ derecho)}}}$

Para las mediciones de laboratorio típicas, el valor del logaritmo en la ecuación anterior es del orden de 20-25.

Referencias