Role of dipolar interactions in a system of Ni nanoparticles studied by magnetic susceptibility measurements
通过交流磁化率Chiac测量研究了不同浓度的Ni纳米颗粒(NP)嵌入非晶SiO2/C基体中的偶极相互作用的作用。对于非常稀释的样品,其中Ni浓度<4wt% Ni或非常弱的偶极相互作用,数据由Neel-Arrhenius定律很好地描述。将Ni浓度增加到高达12.8重量% Ni的值导致Neel-Arrhenius行为的变化,偶极相互作用变得重要,并且需要考虑描述NP系统的磁响应。我们没有发现任何证据的自旋玻璃状行为在我们的镍NP系统,即使偶极相互作用是明确存在的。
2009-12-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantification of dipolar interactions in Fe$_{3-x}$O$_4$ nanoparticles
一个通用的方法,用于定量的偶极相互作用的纳米粒子的组件已经开发了一个模型样品构成的磁铁矿纳米粒子的直径为5 nm,粉末形式的油酸作为表面活性剂,使颗粒仅通过约1 nm厚的有机层彼此分离。这种量化是基于从时间依赖性弛豫测量开始的(i)一个几乎随机取向的粒子磁化或(ii)共线排列的准备通过先前的场冷却样品的能量势垒的分布的比较磁化反转。实验结果和数值模拟表明,当粒子磁化共线排列时,作用在单个粒子上的平均偶极场显著减小。此外,非相互作用情况下的各向异性的能量势垒的固有分布进行了评估,从参考样品中,相同的磁性颗粒被单独涂覆有厚的二氧化硅壳,以使偶极相互作用可以忽略不计。有趣的是,数值模拟的结果占的相对能量移动的实验能量势垒分布对应的相互作用和非相互作用的情况下,从而支持所提出的方法的有效性的偶极相互作用的量化。
2015-08-03 cond-mat.mtrl-sci
Aggregation of dipolar molecules in SiO$_2$ hybrid organic inorganic films: use of silver nanoparticles as inhibitors of molecular aggregation
本研究提出利用银纳米颗粒作为抑制剂,有效抑制SiO$_2$有机无机杂化薄膜中偶极发色团的聚集,从而提升二阶非线性光学器件的性能。
2025-01-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Magnetic relaxation in terms of microscopic energy barriers in a model of dipolar interacting nanoparticles
用蒙特卡罗模拟研究了具有偶极相互作用的单畴粒子系统的磁弛豫和磁滞现象。我们通过一个海森堡经典自旋链模型,该自旋链具有随机取向的易轴和对数正态分布的各向异性常数,通过偶极-偶极相互作用相互作用。将所谓的$T\ln(t/τ_0)$方法扩展到相互作用系统,我们展示了如何将模拟的弛豫曲线与负责长时间弛豫的有效能垒分布联系起来。我们发现,随着相互作用强度的增加,弛豫规律由准对数律变为幂律。这一事实被证明是由于出现了越来越多的小的能量障碍所造成的各向异性能垒的减少,作为本地偶极场的增加。
2003-11-06 cond-mat.mtrl-sci
Magnetization of nanomagnet assemblies: Effects of anisotropy and dipolar interactions
我们研究了各向异性和弱偶极相互作用对具有分布磁矩的纳米颗粒组装体的磁化强度的影响,即,在单自旋近似下的磁性纳米颗粒的组装,具有纹理或随机各向异性。自由粒子的磁化强度可以通过配分函数的数值计算来获得,也可以分别使用微扰理论和最陡下降近似在低场和高场状态下解析获得。在低场和高场的范围内,相互作用组件的磁化强度进行了解析计算,并使用蒙特卡罗技术进行了数值计算。组件磁化强度的近似解析表达式,其中考虑到偶极相互作用,温度,磁场,和各向异性。各向异性和偶极相互作用的影响进行了讨论,并从朗之万定律,他们所带来的偏差进行了调查,并说明了现实的组件与对数正态分布的时刻。
2005-08-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Dipolar Interaction and Sample Shape Effects on the Hysteresis Properties of 2d Array of Magnetic Nanoparticles
通过微磁学模拟研究了偶极相互作用磁性纳米粒子(MNP)的2个$d$阵列($L^{}_x\times L^{}_y$)的基态和磁滞特性。我们的主要兴趣是了解样品形状的效果,$Θ$ -偶极强度的各向异性强度的比率,和施加的场$\vec{H} = H_{o}\hat{e}^{}_H$的方向上的基态和在阵列的MNP的磁滞。为了研究样品形状的影响,我们改变了纵横比$A^{}_r=L^{}_y/L^{}_x$,这反过来,发现诱导系统中的形状各向异性。我们的主要意见是:(a)当偶极相互作用为强$(Θ>1)$时,基态形态具有磁矩的面内有序。(b)基态形态具有随机取向的磁矩,其对于弱相互作用MNP($Θ<1$)的系统尺寸和$A^{}_r$是稳健的。(c)微磁学模拟表明,偶极相互作用降低了矫顽场$H^{}_c$。(d)剩磁$M^{}_r$不仅与偶极相互作用的强度有关,而且与样品的形状有关。(e)由于偶极相互作用的各向异性性质,当沿样品的长轴施加场时,观察到强烈的形状各向异性效应。在这种情况下的偶极相互作用诱导有效的铁磁耦合时,纵横比是非常大的。这些结果在高密度记录系统、磁阻抗传感器等方面具有重要意义。
2021-01-09 cond-mat.mtrl-sci
Effect of dipolar interactions and DC magnetic field on the specific absorption rate of an array of magnetic nanoparticles
我们在磁热疗的背景下解决粒子间偶极相互作用的问题。更确切地说,这里处理的主要问题是与偶极相互作用增强或降低比吸收率的条件有关。为此,我们提出了一个理论的AC磁化率的计算,从而特定的吸收率,为一个单分散的二维组装的纳米粒子与取向各向异性,在直流磁场的存在下,除了AC磁场。我们还研究了偶极相互作用和直流场之间的竞争,无论是在横向和纵向配置。在这两种情况下,我们发现,特定的吸收率有一个最大值在一些关键的直流电场,这取决于粒子间的分离。在纵向装置中,这个临界场完全落在实验范围内。
2017-05-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Tailoring Heat Dissipation in Ordered Arrays of Dipolar Coupled Magnetic Nanoparticles
本工作的主要目的是分析偶极相互作用强度$λ$,颗粒尺寸$D$和温度$T$的磁纳米颗粒(MNP)的有序阵列中的磁滞机制,使用计算机模拟的效果。假设MNP的各向异性轴具有随机取向以模拟真实系统。在没有热涨落和偶极相互作用的情况下,滞后遵循Stoner和Wohlfarth模型,与$D$无关,正如预期的那样。在$T=300$ K和$λ=0.0$下,粒径为$D \approx8-16$ nm的磁滞回线面积最小,表明超顺磁性特征占主导地位。即使在室温下,打开磁相互作用也能够将MNP从超顺磁性状态移动到铁磁性状态;因此,足够强度的磁相互作用增强了磁滞回线面积。有趣的是,磁滞回线面积是显着的,是相同的斯通纳和Wohlfarth颗粒,甚至$T=300$ K和可忽略的偶极相互作用的铁磁MNP($D>16$纳米)。矫顽场$μ^{}_oH^{}_c$和阻断温度$T^{}_B$也随着$λ$和$D$的增加而增加。对矫顽场$μ^{}_oH^{}_c$与温度数据的严格分析也揭示了由于偶极相互作用而与$μ^{}_oH^{}_c$的$T^{3/4}$依赖性的显著偏差。对于$D\approx 8-16$ nm和$λ\leq0.6$,$T$使$E^{}_H$和$μ_oH^{}_c$的散热量迅速降低。另一方面,即使在弱偶极极限下,$E^{}_H$和$μ^{}_oH^{}_c$也弱依赖于$T$和$D>16$ nm。目前的工作…
2021-03-29 cond-mat.mtrl-sci
Optimizing the magnetic hyperthermia efficiency from the structural dependence of dipolar interactions in magnetic nanoparticles assemblies
PROMES-CNRS (UPR-8521), Université de Perpignan Via Domitia(普罗梅斯-CNRS(UPR-8521),佩皮尼昂维亚多米蒂亚大学);ICMPE, UMR 7182 CNRS and UPE(ICMPE,CNRS UMR 7182 和 UPE)
本研究利用时间量化蒙特卡洛框架,揭示磁性纳米颗粒各向异性聚集体中局部结构(位置与易轴分布)对偶极相互作用贡献的关键作用,为优化磁性热疗效率提供自洽建模方法。
2026-10-05 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic Relaxation in Two Dimensional Assembly of Dipolar Interacting Nanoparticles
使用两个能级近似的能量势垒,我们进行了广泛的动力学蒙特卡罗模拟探测的弛豫特性在一个二维($L^{}_x\times L^{}_y$)阵列的磁性纳米粒子作为偶极相互作用强度$h^{}_d$,纵横比$A^{}_r=L^{}_y/L^{}_x$,和温度$T$的函数。在弱偶极相互作用($h^{}_d\approx0$)和相当高的温度下,磁弛豫遵循Néel Brown模型。有趣的是,足够强度的偶极相互作用被发现在正方形排列的MNP($A^{}_r=1.0$)中诱导反铁磁耦合,导致与$h^{}_d$的磁弛豫的紧固。甚至在$A^{}_r<100$高于特定偶极相互作用强度$h^{\star}_d$的情况下,也存在弛豫的快速增加,这用$A^{}_r$得到增强。值得注意的是,对于高度各向异性的系统,如线性链的MNP,$h^{}_d$的磁弛豫有减慢。这是因为在这种情况下,偶极相互作用诱发铁磁相互作用。热涨落对弛豫特性也有很大的影响。在弱偶极极限的情况下,由于热涨落的增强,$T$的磁化强度迅速弛豫。磁弛豫的偶极相互作用和纵横比的影响也清楚地表明在Néel弛豫时间$τ^{}_N$的变化。在强偶极相互作用($h^{}_d>0.3$)和$A^{}_r=1.0$存在下,对于给定温度,$τ^{}_N$随$h^{}_d$降低。另一方面,对于巨大的$A^{}_r$ $(>100)$,使用$h^{}_d$的$τ^{}_N…
2021-05-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetization in uniaxial spherical nanoparticles: consequence on the interparticle interaction
我们研究了球形磁性纳米粒子之间的相互作用,这是一个单一的域或涡旋结构。首先重新审视了单轴软球的磁结构,然后通过微磁模拟计算了相互作用能。在涡流区中,涡流相对于易磁化轴的取向取决于颗粒尺寸和各向异性常数。我们指出,相互作用的主导项是磁矩之间的偶极相互作用能。对于呈现涡旋结构的粒子,我们表明,由于偶极场的极化必须包括在内。从孤立粒子的磁行为出发,推导出了进入偶极相互作用的参数。
2009-03-27 cond-mat.mtrl-sci
Simultaneous individual and dipolar collective properties in binary assemblies of magnetic nanoparticles
基于磁性纳米颗粒聚集体的应用正变得越来越广泛,从热疗到磁纪录。然而,尽管有些用途需要集体行为,其他用途需要更像个人的反应,但导致这些行为的条件仍然知之甚少。在这里,我们使用纳米尺度均匀的二进制随机致密混合物与不同比例的氧化物磁性纳米粒子与低$/$高各向异性作为一个有价值的工具,探索从个人到集体行为的交叉。在两个系列的二元致密体中研究了两种不同的各向异性情况:M1,包括磁赤铁矿不同尺寸的($γ$ -Fe $_2$ O $_3$)纳米颗粒(9.0 nm $/$ 11.5 nm),它们的各向异性能和M2之间几乎没有2倍,混合等尺寸的纯磁赤铁矿(低各向异性)和Co掺杂的磁赤铁矿(高各向异性)纳米颗粒,其具有大的各向异性能差异(比率$>$ 8)。有趣的是,虽然M1系列表现出典型的强耦合偶极系统的集体行为,但M2系列呈现出更复杂的场景,其中不同的磁性类似于“个人”或“集体”,关键是强调集体性质必须归因于特定的性质,而不是整个系统。两个系列之间的强烈差异,提供了新的见解(系统地通过模拟批准)偶极相互作用,局部各向异性和样品异质性之间的微妙相互作用,以确定磁性纳米粒子的致密组件的行为。
2019-09-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetization Dynamics in 1D Chains of Ferromagnetic Nanoparticles Coupled with Dipolar Interactions: Blocking Temperature
到目前为止,还没有明确的实验分析,可以确定是否偶极-偶极相互作用提高或降低纳米粒子组件的阻断温度$T_{B}$。样品似乎在问题中起着核心作用,因此,它们的几何形状很可能是这个问题的关键因素。然而,在以前的工作中,Jönsson和Garcia-Palacios确实在弱相互作用极限和不存在外部DC场的情况下从理论上研究了这个问题。基于对称性的论点,他们得出结论,弛豫速率的变化是单调的。在存在外部磁场的情况下,我们表明,这些参数可能不再持有依赖于实验几何。因此,本文的目的是评估的变化$T_{B}$的模型系统组成的铁磁纳米颗粒链耦合与长程偶极相互作用与两种不同的几何形状。而不是解决一个定量分析,我们专注于定性变化的$T_{B}$作为一个功能的粒子间的距离a和外场$h$。研究了以下两种情况:在纵向直流场中具有纵向轴向各向异性的线性链和在横向场中具有纵向轴向各向异性的线性链。
2019-07-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic Effect of Dipolar Interaction in Ordered Ensembles of Nanoparticles
我们实施了广泛的计算机模拟调查的磁滞特性在有序阵列($l^{}_x\times l^{}_y$)的磁性纳米粒子的纵横比$A^{}_r=l^{}_y/l^{}_x$,偶极相互作用强度$h^{}_d$,和外部磁场方向的函数。我们考虑了取向各向异性的情况,$α$是取向角。它提供了一个优雅的路线,以发掘明确的作用,各向异性和偶极相互作用的滞后响应,在这样一个通用的系统。超顺磁特性占主导地位,具有弱偶极相互作用($h^{}_d\leq0.2$),导致磁滞回线面积最小。值得注意的是,即使在中等相互作用强度($h^{}_d\approx0.4$)下也会出现双环滞后,这让人想起反铁磁耦合。这些特征强烈依赖于$α$和$A^{}_r$。有趣的是,磁滞回线面积随着$h^{}_d$的增加而增加,只要$A^{}_r$是巨大的,并且外部磁场沿着$y$ -方向。矫顽场$μ^{}_oH^{}_c$、回复磁化强度$M^{}_r$和热耗散$E^{}_H$也强烈地依赖于这些参数。不考虑外场方向和弱偶极相互作用($h^{}_d\leq0.4$),对于固定的$α$和$A^{}_r\leq4.0$,$μ^{}_oH^{}_c$随$h^{}_d$增加。只要$A^{}_r$是巨大的并且场沿着$y$ -方向,偶极相互作用也升高$M^{}_r$。对于可忽略的弱偶极相互作用,$E^{}_H$最小,与$A^{}_r$、$α$和场方向无关…
2021-08-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Angular momentum transfer from swift electrons to non-spherical nanoparticles within the dipolar approximation
本研究基于经典电动力学和偶极近似,探讨了快电子向非球形金属纳米颗粒(球体和Platonic Solids)的角动量转移,发现不同几何形状对等离激元共振和角动量转移有显著影响,为电子镊子技术提供了应用前景。
2024-03-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.optics
Dipolar Interactions between Iron-Oxide Nanoparticles in Frozen Ferrofluids and Ferronematics
我们提出了一个详细的研究的磁性行为的氧化铁(γ-Fe 2 O3和Fe 3 O 4)的纳米粒子组成的铁磁流体(FF的)的平均粒径<d>= 2.5和10 nm。将颗粒分散在冷冻的液体载体(纯FF)中和冷冻的溶致液晶基质中,所述基质为双相或铁离子型(FN)(铁离子型溶致液晶酶)。FF相和FN相在室温下均表现出超顺磁性(SPM)行为,对于= 2.5和10 nm,其阻断温度T_B分别为10和100 <d>K。动态交流磁化率的测量结果表明,热激活的Néel-Brown依赖的阻断温度与所施加的频率。我们的研究结果表明,偶极相互作用是小的,但不可忽略的,相比单粒子的磁各向异性的能量障碍。从交流磁化率的拟合,我们计算了2.5 nm磁赤铁矿颗粒的有效磁各向异性常数K_{eff}。虽然在高度稀释的样品中存在的粒子间相互作用并没有明显地改变孤立粒子的动态磁行为,但计算出的磁各向异性比块状材料大一个数量级,表明存在大的表面各向异性。利用热激活模型拟合动力学数据,得到有效势垒Ea = 3.5 × 10 ^{-21} J。根据这些数据,我们得到单粒子有效磁各向异性的K_{eff} = 422 kJ/m^3。
2011-03-22 cond-mat.mtrl-sci
Assembly-mediated Interplay of Dipolar Interactions and Surface Spin Disorder in Colloidal Maghemite Nanoclusters
通过基于高温多元醇的途径促进单晶、胶体磁赤铁矿纳米颗粒的受控组装。结构表征表明,在水介质中具有高结晶度的50和86 nm直径(D)的尺寸可调的纳米团簇由$\sim$ 13 nm(d)晶体取向的纳米颗粒组成。针对从单个胶体纳米颗粒($ϕ$ = 0.47)到簇($ϕ$ = 0.72)的无机磁性相的增加的体积分数$ϕ$检查相互作用效应。后者的冷冻液体分散体在300 K下表现出弱的亚铁磁行为。比较穆斯堡尔光谱研究表明,团簇内的相互作用发挥作用。一个新的见解出现从集群温度依赖的交流磁化率,显示两个最大值在$χ$“(T),具有很强的频率色散。标度律分析以及所观察到的记忆效应表明,在T $_{B}$ $\sim$ 160-200 K时,超自旋玻璃态进入,而在较低温度下,表面自旋玻璃冻结在T $_{f}$ $\sim$ 40- 70 K。在这样的纳米粒子组装系统中,随着$ϕ$的增加,蒙特卡罗模拟证实了粒子间偶极相互作用和组成纳米粒子表面自旋无序在新兴的自旋玻璃动力学中的作用。
2013-11-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic multipole analysis of kagome and artificial ice dipolar arrays
我们分析了线性扩展的单畴偶极子阵列形成正方形和戈薇晶格。我们发现,它的相图包含两个(不同的)有限熵kagome冰制度-一个无序,一个代数-以及低温有序相。在几乎接触的岛屿的限制,我们发现了相应的熵高原,这是分析捕获的理论基础上的磁荷的阶梯。对于修改后的方形冰阵列的情况下,我们表明,收费(“单极子”)的激发经历两个不同的库仑相互作用:一个磁性的“三维”的一个以及对数的“二维”的熵起源之一。
2010-07-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Finite dipolar hexagonal columns on piled layers of triangular lattice
我们用蒙特卡罗模拟研究了磁性纳米粒子的自旋系统,这些自旋系统代表了磁性纳米粒子之间仅通过偶极-偶极相互作用相互作用的磁矩。在本文中,我们的目标是了解有限尺寸效应的磁性纳米粒子排列在六角形柱切割的紧密堆积结构或从那些单轴压缩。在具有真正的密堆积结构的柱中,我们观察到一个单一的涡旋状态,这也是以前在有限的二维系统中观察到的。另一方面,在层间距离为密堆积层距离的$1/\sqrt{2}$倍的体系中,我们发现了依赖于层数的基态。这种依赖性是由有限尺寸效应引起的,并且与相应的体系统中的取向转变有关。
2006-10-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Spontaneous Formation of Dipolar Metal Nanoclusters
用密度泛函理论研究了Ag $_3$和Ag $_4$团簇在$α$ -Al $_2$ O $_3$(0001)表面的吸附.在每个吸附簇内,存在两种不同的簇-表面相互作用。我们发现,银团簇同时形成与表面氧的离子键和与表面铝的金属间键。在单个金属纳米颗粒内同时形成不同的电子结构基序被称为“偶极纳米团簇”。这种共存归因于Ag-Al和Ag-O键的相似键结构,并强调了其在纳米催化中的重要性。
2006-10-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Superparamagnetism and Spin Glass Dynamics of Interacting Magnetic Nanoparticle Systems
磁性纳米粒子的物理性质已被研究,重点是偶极粒子间相互作用的影响。对于弱耦合的纳米粒子,热力学微扰理论推导出的线性平衡磁化率,零场比热和平均的本地偶极场的解析表达式。通过引入偶极场的平均值,在一个单一的粒子的弛豫速率的表达式,证明了一个非平凡的依赖的超顺磁阻塞的阻尼系数。这种阻尼依赖性解释的偶极场的横向分量所产生的非轴对称的潜力。从自旋玻璃行为的角度对强相互作用纳米粒子系统进行了实验研究。在由冷冻的铁磁流体组成的样品中,由于颗粒位置和各向异性轴取向的随机性而产生无序和挫折。强相互作用的FeC系统表现出自旋玻璃相变的临界动力学特性。观察到与常规自旋玻璃相似的老化、记忆和复原现象,但复原效应比Ag(11at%Mn)Heisenberg和Fe_{0.5} Mn_{0.5} TiO_3 Ising自旋玻璃弱得多。强相互作用的纳米颗粒系统和两个自旋玻璃样品的非平衡动力学的差异进行了讨论的各向异性和不同的时间尺度,由于更长的微观翻转时间的磁矩比原子自旋。
2003-10-30 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Increase of magnetic hyperthermia efficiency due to dipolar interactions in low anisotropy magnetic nanoparticles : theoretical and experimental results
当磁性纳米粒子(MNP)是单畴和磁独立的,他们的磁特性和条件,以优化其在磁热疗应用的效率现在是很好的理解。然而,磁相互作用对磁热疗性能的影响仍然不清楚。在这里,我们报告的高热和高频磁滞回线测量模型系统组成的MNP具有相同的大小,但不同的各向异性,这是一个有趣的方式来调整磁相互作用的相对强度。在胶体溶液中,MNP的各向异性与其磁滞回线的矩形度之间存在明显的相关性:各向异性越大,矩形度越小。由于低各向异性MNP显示出比磁性独立的纳米颗粒更高的方形度,因此在这种情况下,磁性相互作用增强了它们的加热功率。独立和耦合的MNP的磁滞回线计算进行了比较实验结果。结果表明,所观察到的功能是一个自然的结果,在高温实验过程中形成的链和列的MNP:在这些结构中,当MNP磁晶各向异性是足够小的磁相互作用占主导地位,磁滞回线的形状往往是矩形的,这提高了它们的效率。相反,当MNP不形成链和柱时,磁相互作用降低了磁滞回线的矩形度和MNP的效率。目前的工作应提高磁热疗实验的理解和解释。
2013-01-21 cond-mat.mtrl-sci
Crossover From Individual to Collective Magnetism in Dense Nanoparticle Systems: Local Anisotropy Versus Dipolar Interactions
本研究通过调控钴掺杂改变纳米颗粒各向异性,发现偶极相互作用与各向异性能的比值阈值约为130时发生个体到集体磁性交叉,并给出可预测行为的参数比值1.7。
2024-02-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic hyperthermia properties of nanoparticles inside lysosomes using kinetic Monte-Carlo simulations : influence of key parameters, of dipolar interactions and spatial variation of heating power
了解磁热疗(MH)实验中偶极相互作用的影响对于纳米粒子(NP)加热功率的精细优化至关重要。在这项研究中,我们使用的动力学蒙特卡罗算法来计算磁滞回线,所以时间和温度都被正确地考虑。结果表明,该算法正确地再现了超顺磁性纳米粒子和铁磁性纳米粒子的高频磁滞回线,而无需任何ad-hoc参数。该算法易于并行化,因此在多个处理器上进行计算大大减少了计算时间。研究了分散在球形溶酶体内的NP的比吸收率(SAR)作为几个关键参数的函数:体积浓度、施加的磁场、溶酶体大小、NP直径和各向异性。这些参数的影响进行了说明和全面的解释。总之,磁相互作用的作用是增加主回线的矫顽场、饱和场和磁滞区。然而,对于诸如MH中使用的小振幅磁场,取决于所施加的磁场与NP的矫顽/饱和场之间的关系,作为浓度的函数的加热功率可以增加、减少或显示钟形。滞后面积被发现是很好的相关性的偶极场作用于每个NP的平行或反平行的性质。结果表明,加热功率在溶酶体膜附近急剧增加或减少。在一定条件下,变化幅度可达一个数量级以上。最后,这些不同的研究结果的影响进行了讨论的MH优化的框架。它的结论是,从生物学实验的具体点的反馈需要进一步推进优化的NP MH。
2014-11-27 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic properties of dense nanoparticle arrays with core/shell morphology
我们计算了有序阵列的复合磁性纳米粒子的铁磁(FM)的核心和反铁磁(AFM)壳,位于三角形晶格和耦合通过静磁力的磁滞。每个纳米颗粒由一对交换耦合(J)的各向异性自旋(Meiklejohn-Bean模型)描述。使用Metropolis Monte Carlo算法获得磁化磁滞回线。对于硬磁纳米颗粒,我们发现随着偶极耦合强度的增加,矫顽磁力减小,而交换偏置场则表现出非单调行为,这是由于随机各向异性和颗粒间偶极相互作用之间的竞争造成的。讨论了通过增加堆积密度来提高交换偏置场的可能性。
2006-07-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Criterion of multi-switching stability for magnetic nanoparticles
我们提出了一个程序来研究开关和稳定性的磁性纳米粒子阵列的动力学制度。该程序导致多开关稳定的标准,以满足稳定的切换。该标准是用来比较各种磁场感应开关计划,无论是在文献中或建议在本工作中。特别是,我们进行微磁模拟研究的磁化轨迹和磁化的稳定性后,切换为椭圆形的纳米粒子。我们评估的开关的稳定性作为一个功能的颗粒的厚度和上升和下降的磁脉冲的时间,在零和室温下。此外,我们调查的偶极相互作用的作用和它的影响,各种开关方案。我们发现,多开关稳定性的标准可以满足在室温下,并在根据CMOS规格的脉冲形状的偶极相互作用的存在下,在GHz的制度的开关速率。
2007-10-24 cond-mat.mtrl-sci
Surface Plasmon Enhanced Photoconductance of Gold Nanoparticle Arrays with Incorporated Alkane Linkers
我们报告了一个光电导增益效应的二维阵列的金纳米粒子,其中烷烃分子插入。纳米颗粒阵列是由链烷硫醇包覆的金纳米颗粒通过自组装过程形成的,随后它们通过微接触印刷技术在Si/SiO2芯片上图案化。我们发现,阵列的光电导强烈增强的纳米粒子的表面等离子体激元的频率。我们解释的观察作为一个辐射热增强的纳米粒子阵列的电导后,激发表面等离子体共振。
2009-02-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Spherical magnetic nanoparticles: magnetic structure and interparticle interaction
通过微磁学模拟研究了球形磁性纳米颗粒之间的相互作用,并根据磁偶极子之间的主导偶极相互作用能进行了分析。我们主要关注的情况下,粒子呈现出涡旋结构。在第一步中,在孤立的粒子的局部磁结构被重新访问。对于颗粒轴承单轴磁晶各向异性,它示出的涡核取向相对于易轴取决于颗粒的尺寸和各向异性常数。当粒子的磁化强度呈涡旋结构时,在相互作用中必须考虑另一粒子的偶极场对粒子的极化作用。由孤立粒子的磁性质得到了涡核磁化强度和磁化率,并推导出了相互作用的解析形式。
2009-04-14 cond-mat.mtrl-sci
ZnO Nanowire Arrays Decorated with Titanium Nitride Nanoparticles as Surface Enhanced Raman Scattering Substrates
在这项工作中,氧化锌纳米线阵列修饰氮化钛(TiN)纳米粒子作为表面增强拉曼散射(SERS)的基板进行了演示。通过水热合成法生长ZnO纳米线,而通过研磨商业粉末数小时获得~100 nm的TiN纳米颗粒。然后以丙酮为介质将它们修饰在ZnO纳米线阵列上。扫描电子显微镜证实了TiN纳米粒子的ZnO纳米线上的存在。TiN纳米颗粒在430、520和600 nm处表现出局部表面等离子体共振。以尼罗蓝和亚甲蓝为分析物分子的SERS实验显示拉曼信号显著增强。结果表明,SERS效应的起源是化学性质,由于分析物分子和TiN纳米颗粒之间的电荷转移。因此,目前的工作,代表了一个简单的,具有成本效益的和容易的方法,用于制造TiN基表面增强拉曼散射衬底。
2020-12-13 cond-mat.mtrl-sci
Plasmon-induced demagnetization and magnetic switching in nickel nanoparticle arrays
我们报告的操纵磁化的飞秒激光脉冲在一个周期性阵列的圆柱形镍纳米粒子。通过在不同波长下的实验,我们发现集体表面等离子体共振的激发在零场下触发退磁或在小的垂直场下触发磁开关。这两种磁效应都可以通过等离子体激元诱导的镍纳米颗粒加热到居里温度来解释。模型计算证实了表面等离子体激元模式的激发和激光诱导的磁化强度变化之间的强相关性。
2017-11-08 cond-mat.mtrl-sci
Subwavelength imaging of light by arrays of metal-coated semiconductor nanoparticles: a theoretical study
对由金属包覆的半导体纳米颗粒组成的超材料的成像特性进行了严格的计算。特别是,它示出,在适当的选择的几何和材料参数,这种颗粒的阵列表现出负折射率的半导体激子共振的区域内。用扩展的Maxwell-Garnett理论预测了负折射率的出现,并用电磁波的多层散射方法证实了这一点。通过使用相同的方法,它表明,在负折射率带内,这种纳米粒子的阵列放大发射的透射近场,同时缩小其空间分布,导致亚波长分辨率。材料损失的阵列的成像性能的影响也得到解决。
2008-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Curie-Weiss behavior and the "interaction" temperature of magnetic nanoparticle ensembles: local structure strongly affects the magnetic behavior
本文从理论上证明磁性纳米颗粒集合体的表观相互作用温度可由颗粒聚集、偶极相互作用及各向异性易轴排列等局域结构因素产生,即使颗粒间无相互作用也可能测得该温度。
2024-07-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Nonmonotonic Evolution of the Blocking Temperature in Dispersions of Superparamagnetic Nanoparticles
我们用蒙特卡罗方法模拟偶极相互作用对单分散超顺磁性$γ-Fe_{2}O_{3}$纳米粒子组装的影响。我们已经确定了一个临界浓度c*,这标志着两个不同的制度之间的过渡的阻塞温度($T_{B}$)的演变与粒子间的相互作用。在低浓度(c < c*)下,磁性颗粒表现为具有恒定$T_{B}$的理想非相互作用系统。在浓度c > c* 时,偶极能增强各向异性能垒,并且$T_{B}$随着c的增加而增加,使得需要更高的温度来达到超顺磁状态。我们的结果与经典粒子模型和实验的拟合支持了两种不同区域的存在。我们的数据可能有助于理解文献中明显矛盾的结果。
2010-11-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Micromagnetic simulation of neutron scattering from spherical nanoparticles: Effect of pore-type defects
University of Luxembourg(卢森堡大学);Ghent University(根特大学);Technische Universität München(慕尼黑工业大学);Rutherford Appleton Laboratory(拉瑟福德·阿普尔顿实验室)
本研究通过微磁模拟探究孔隙型缺陷对球形磁性纳米颗粒中子散射特性的影响,考虑多种磁相互作用,分析缺陷特征、偶极能作用及尺寸分布效应,为相关实验提供参考。
2022-07-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic relaxation in a model of interacting nanoparticles in terms of microscopic energy barriers
利用蒙特卡罗模拟研究了具有偶极相互作用的单畴粒子系统的磁弛豫。我们表明,所谓的$T\ln(t/τ_0)$方法可以扩展到相互作用的系统和如何,从计算的主松弛曲线,负责松弛的有效能量势垒分布可以得到。通过对系统有效能垒的直接计算,我们发现随着相互作用强度的增加,系统的弛豫行为从准对数态向幂律态转变,这是由于随着局域偶极场的增加,各向异性能垒减少,导致出现越来越多的小能垒。
2004-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Critical dynamics of an interacting magnetic nanoparticle system
研究了体积浓度分别为0.06%、5%和17%的三种Fe-C纳米颗粒样品中偶极-偶极相互作用对磁弛豫的影响。虽然5体积%和17体积%的样品由于偶极相互作用而表现出集体行为,但只有17体积%的样品显示出接近其转变温度的临界行为。5体积%样品的行为可以归因于集体和单粒子动力学的混合物。
2001-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Hysteresis in Two Dimensional Arrays of Magnetic Nanoparticles
我们进行计算机模拟,以探测作为偶极相互作用强度$h^{}_d$,温度$T$,纵横比$A^{}_r=L^{}_y/L^{}_x$,和所施加的交变磁场的方向的函数的磁性纳米粒子的二维($L^{}_x\times L^{}_y$)组件的磁滞。在没有磁相互作用($h^{}_d\approx0$)和热波动($T=0$ K)的情况下,磁滞遵循Stoner和Wohlfarth模型,正如预期的那样。对于弱偶极相互作用和实质性的温度,磁滞具有超顺磁性行为的主导地位,与所施加的磁场的方向和$A^{}_r$无关。有趣的是,磁滞曲线具有$A^{}_r\leq6$的反铁磁相互作用优势和相当大的偶极相互作用强度($h^{}_d>0.2)$,这是独立于所施加的磁场方向的所有特征。当沿系统的短轴($x$ -方向)施加磁场时,观察到具有大$h^{}_d$的非磁滞直线。在沿样品的长轴($y$方向)施加磁场的情况下,对于大的$h^{}_d$和$A^{}_r>6$,铁磁相互作用主导磁滞。无论$h^{}_d$和外加磁场的方向如何,对于$A^{}_r\leq6$和显著温度,矫顽场$μ^{}_oH^{}_c$和剩磁$M^{}_r$最小。发现当$A^{}_r$很大时,它们随$h^{}_d$增加。值得注意的是,作为这些参数的函数的磁滞回线面积$E^{}_H$的变化是相同的矫顽场的变化。我们相信,在这项工作中提出的概念是相关的各种技…
2021-04-07 cond-mat.mtrl-sci
Charge transport in monolayers of metal nanoparticles
二维(2D)纳米颗粒薄膜是一类具有有趣的物理性质和应用范围从纳米电子学到传感和光子学的新型材料。导电纳米粒子薄膜的重要性使得对其电荷传输的基本理解对于材料和工艺设计极其重要。各种跳跃和输运机制已被提出,纳米粒子单层是一致的等效RC电路,但他们的理论方法是有限的单电子隧穿模型的电容耦合纳米粒子与特征时间常数RC和薄膜的电导率是实验电导率,这是不能推导出这些理论模型。电子迁移的具体过程如何受温度的影响也不清楚。因此,目前对薄膜的电子动力学还不能从根本上理解。在这里,我们开发了一个分析理论的基础上的模型的索末菲,支持蒙特卡罗模拟,预测的过程中的电荷传输和温度的影响电子输运的薄膜。本文建立了两种不同的纳米颗粒模型来处理不同类型的形貌:三角形阵列和矩形阵列。研究了不同温度下二维有序纳米粒子阵列和二维梯度纳米粒子阵列的输运性质。对于没有局部结构无序的二维有序纳米颗粒阵列,I-V曲线是非线性的和高度对称的。
2022-04-05 cond-mat.mtrl-sci
Thermal String Excitations in Artificial Spin-Ice Dipolar Arrays
我们报告了人工自旋冰偶极阵列的理论研究,使用最近实验中采用的纳米岛几何结构[A。Farhan \textit{et al.},《自然物理学》\textbf{9}(2013)375]。在正方形晶格中的热磁弦激发的数量急剧增加的行和列的垂直位移。我们发现大的增量,特别是在低温和字符串激发准单极的收费$\pm 4$。通过动力学蒙特卡罗模拟,我们解决了这种激发的热稳定性,从而提供了时间尺度的实验观察。
2014-01-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Structural and magnetic characterization of self-assembled iron oxide nanoparticle arrays
我们报告了自组装磁性纳米颗粒阵列的结构和磁学特性。采用热分解法合成了粒径为20 nm的单分散氧化铁纳米粒子。将纳米颗粒悬浮液旋涂在Si衬底上以实现颗粒的自组织阵列,随后在各种条件下退火。通过X射线衍射、亮场和暗场高分辨透射电子显微镜(HRTEM)对样品进行了表征。的结构分析相比,超导干涉装置(SQUID)磁强计的磁行为的调查。我们可以识别多相FeO/g-Fe_2 O_3或多相FeO/Fe_3O_4纳米颗粒。FeO/g-Fe_2 O_3系统显示出明显的交换偏置效应,这解释了该系统获得的特殊磁化数据。
2010-10-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exploiting oriented field projectors to open topological gaps in plasmonic nanoparticle arrays
在过去的几年里,在纳米光子学中有多个提案来模拟拓扑凝聚态系统。然而,纳米粒子具有原子所缺乏的自由度,如尺寸或形状,可以用来探索电子学之外的拓扑结构。细长的纳米颗粒可以像长轴方向上的电场的投影仪一样起作用。然后,通过将它们定向在阵列中,可以调整它们之间的耦合,从而允许在无间隙系统中打开间隙。作为一个潜在的使用纳米粒子的拓扑结构的取向的证明,我们研究了一维链的长球形银纳米粒子。我们表明,在这些阵列中的空间调制的极化允许打开的差距,工程师隐藏的晶体对称性和开关的开/关或左/右边缘状态取决于入射电场的极化。这开辟了一条利用纳米粒子的拓扑结构特征超越凝聚态系统类似物的道路。
2022-09-28 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Dipolar interactions in arrays of ferromagnetic nanowires: a micromagnetic study
我们探索的磁性纳米线的周期性阵列的行为,微磁学模拟使用NMAG建模包。已经使用有限尺寸模型对这种纳米线阵列进行了大量的建模研究。我们表明,这些有限尺寸的微磁描述只能在特定的情况下使用。我们进行了系统的研究或多或少密集的一维和二维阵列的纳米线使用有限大小或无限大小的模型,我们表明,有限大小的模型无法捕捉到一些真正的无限系统的功能。我们表明,平均场模型缩放到系统的孔隙度是有效的。这项工作可以作为基础的扩展的微磁学计算的磁化动力学的纳米线阵列。
2010-10-24 cond-mat.mtrl-sci
Pinning of thermal excitations at defects in artificial spin-ice dipolar arrays: A theoretical investigation
在这个理论研究中,我们解决了正方形晶格偶极阵列中的缺陷对热激发的影响。从最近的实验中采用的纳米磁体的几何形状[A. Farhan \textit{et al.},《自然物理学》\textbf{9}(2013)375],允许在室温下热活化。事实证明,激发可以有效地钉扎在缺陷。此外,可以产生连接一对缺陷的纳米磁体的铁磁串;它们的长度与缺陷的距离和磁基态配置的拓扑结构密切相关。我们讨论了各种类型的缺陷,所有这些都可以通过微结构技术产生。
2014-02-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ordered Arrays of Gold Nanoparticles Crosslinked by Dithioacetate Linkers for Molecular devices
分子电子器件的最终性能由其组装中使用的分子线的化学结构决定。使用分子位置交换将二硫代乙酸酯封端的分子纳入十二烷硫醇封端的金纳米颗粒的有序阵列中。X射线光电子能谱学证实了分子置换成功。统计上大量设备的室温分子电导表明,二硫代乙酸酯封端的分子的电导增强了两个数量级。采用密度泛函理论计算了5种不同构型的二硫代乙酸盐分子在金电极间的输运,计算的平均电导值与实验观察到的电导趋势吻合较好.我们的研究结果突出了重要的合作效应,桥接相邻的金纳米粒子和选择适当的分子导线时,设计设备的有效运输。
2023-01-13 cond-mat.mtrl-sci
A detailed analysis of dipolar interactions and analytical approximations in arrays of magnetic nanowires
磁线阵列中的相互作用的作用的调查是复杂的,往往受到强烈的简化。本文获得了导线之间静磁相互作用的解析表达式,并研究了偶极-偶极近似、一阶近似和二阶近似的有效范围。我们还分析了样品中的线间静磁相互作用的延伸,发现在阵列中达到能量收敛所需的线的数量强烈依赖于线之间的相对磁取向。
2006-11-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Monte Carlo study of the transverse susceptibility in ordered arrays of magnetic nanoparticles
我们提出了蒙特卡罗模拟的可逆横向磁化率(RTS)的偶极相互作用的随机各向异性的磁性纳米粒子的六边形阵列。比较了面内和面外偏置场情况下的RTS曲线。随着温度的升高,RTS曲线从三峰结构演变为双峰结构,并最终在系统的阻断温度处变为单峰。这种趋势在弱相互作用中保持不变。偶极相互作用在低温下负责抑制的平面外的几何形状和它的渐进合并的各向异性峰,减少粒子间的分离在平面内的几何形状中的双极性峰。各向异性峰位于较高的字段值在平面外的几何形状相对于平面内的。当偏置场位于平面内(平面外)的各向异性峰被示出为转移到较低(较高)的字段值,减少粒子间的分离。在这两种几何形状中,双折射率峰向较低的场值移动。我们的研究结果进行了比较,最近的实验结果在自组装阵列的Fe纳米粒子。
2006-09-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Finite lattice size effect in the ground state phase diagram of quasi-two-dimensional magnetic dipolar dots array with perpendicular anisotropy
在有限尺寸框架下,利用Landau-Lifshift-Gilbert经典自旋动力学方法研究了具有垂直各向异性偶极相互作用的一般图案化磁结构的原型哈密顿量.讨论了对基态相图的修正,着重讨论了有限晶格尺寸效应导致面内相的基态连续简并消失的问题。晶格尺寸增加后的自旋控制的基态演化提供了一个关键的洞察系统过渡到无限的极端。
2004-08-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dislocation breakaway from nanoparticle array linear complexions: Plasticity mechanisms and strength scaling laws
本研究通过原子级建模和分子动力学模拟,揭示Ni-Al合金中纳米颗粒阵列线性络合物通过弓出与渐进脱钉机制影响位错挣脱,并提出不同于经典Orowan弓出的新强度标度律。
2023-10-10 cond-mat.mtrl-sci
Coercivity reduction in a two-dimensional array of nanoparticles
本文对二维铁磁纳米粒子阵列中的磁化反转现象进行了理论研究。该系统进行了优化,以实现在位于三角形,六边形和正方形网格的节点中的颗粒阵列中的最低介电常数。基于非随机Landau-Lifshitz-Gilbert方程的数值解,我们表明,每种颗粒分布类型的特征在于具有适当的最佳距离,允许降低约30%的介电常数值相比,获得一个单一的纳米颗粒的参考值。结果表明,即使粒子在阵列中的位置不是很精确,也会发生双折射率的降低。特别地,三角形颗粒排列在其在阵列内的位置的高达20%的随机位移下保持颗粒之间的相同的最佳距离。
2014-06-30 cond-mat.mtrl-sci
Zero-field magnetization reversal of two-body Stoner particles with dipolar interaction
纳米磁性最近引起了爆炸性的关注,特别是因为在信息产业中的巨大潜在应用,例如新的硬盘技术,赛道存储器[1]和逻辑器件[2]。最近的技术进步[3]允许制造单畴磁性纳米颗粒(Stoner颗粒),其磁化动力学已经在实验和理论上被广泛研究,涉及磁场[4-9]和/或通过自旋极化电流[10-20]。从工业的角度来看,重要的问题包括降低临界开关场$H_c$,以及实现短的反转时间。在这里,我们预测一个新的技术前景:$H_c$可以显着降低(包括$H_c=0$)通过适当的工程偶极-偶极相互作用(DDI)在两个同步的斯通纳粒子的系统。在这里,在修改的Stoner-Wohlfarth(SW)限制,上述两个目标都可以实现。实验的可行性,实现我们的建议,说明了钴纳米粒子的例子。
2010-05-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dipole-dipole interaction in arrays of Fe/Fe$_x$O$_y$ core/shell nanocubes probed by ferromagnetic resonance
本文代表了一个详细的理论研究的长程磁偶极-偶极相互作用的作用证明了铁磁共振(FMR)光谱的有序阵列的立方纳米粒子。我们表明,阵列的大小基本上控制了系统的稳定性,从而可以抑制从6x6纳米颗粒形成的阵列开始的间歇性低场激发。我们的数值模拟允许确定阈值粒子间距离(约80 - 100 nm),之后偶极-偶极相互作用变得可以忽略不计,使得纳米颗粒阵列的FMR光谱变得与单个纳米颗粒的光谱相同。我们还比较了我们的模拟与实验FMR光谱的24 Fe/Fe $_x$ O $_y$ -纳米立方体不规则地放置在基板上。
2014-07-01 cond-mat.mtrl-sci
Near-field heat transfer between gold nanoparticle arrays
采用偶极耦合法计算了金纳米粒子层间的辐射换热。金纳米粒子被建模为有效的电和磁偶极子通过电磁波动相互作用。高阶多极子的影响被实现在电极化率的表达式计算在短距离的相互作用。我们的研究结果表明,近场辐射减少的纳米粒子的半径增加。此外,磁偶极子对热交换的贡献对于较大的颗粒变得更加重要。当一个层相对于另一个层平行显示时,由于各个纳米结构的影响,近场热传递呈现出类似于湍流的特征。还讨论了关于纳米颗粒尺寸的影响的进一步细节。
2013-08-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Two-Path Phonon-Interference Resonance Induces a Stop Band in Silicon Crystal Matrix by Embedded Nanoparticles Array
在这项工作中,我们报告了一个新的阻带形成机制,通过执行原子格林函数计算和波包分子动力学模拟的锗纳米颗粒阵列嵌入在晶体硅矩阵系统。当仅嵌入单个纳米颗粒时,通过两个不同声子波路径之间的相消干涉引起的局部共振引起几个尖锐且显著的透射率下降。另一方面,当嵌入的纳米颗粒的数量进一步增加到十个时,由于双路共振布拉格类声子干涉,形成具有完全声子反射的阻带。波包模拟进一步揭示了阻带起源于嵌入纳米颗粒处的集体声子共振。与传统的单路布拉格反射阻带形成机制相比,共振机制具有不要求纳米颗粒阵列具有严格的周期性的显著优势。我们还表明,阻带可以显着抑制热导在低频制度。我们的工作提供了一个强大的,可扩展的。和易于调制的阻带形成机制。这为声子相关的热控制打开了新的自由度。
2020-01-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Magnetic dynamics of single domain Ni nanoparticles
用交流磁化率\c{hi}(T)与频率f的关系研究了用改进的溶胶-凝胶法制备的Ni纳米颗粒在非晶SiO2基体中的动态磁性。对于具有相似平均半径~ 3-4 nm的样品,对于~ 1.5和5 wt.%的Ni浓度,观察到阻断温度从TB ~ 20 K增加到~ 40 K,分别分配给偶极相互作用的影响。同相\c{hi}“(T)和异相\c{hi}“(T)最大值均遵循热激活Néel-Arrhenius模型的预测。对于1.5重量%的聚乙烯,从\c{hi}“(T)对f数据推断的有效磁各向异性常数Keff为1.5重量%。Ni样品的磁晶各向异性值接近块体Ni,表明在本样品中表面效应可以忽略不计。此外,偶极相互作用的贡献,总各向异性能Ea在样品中有5重量%,镍被发现是可比的内在磁晶各向异性障碍。
2011-03-19 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph