Embracing defects and disorder in magnetic nanoparticles
氧化铁纳米颗粒在从能源应用到生物医学的广泛技术中具有巨大的科学和技术潜力。为了提高其性能，迄今为止一直渴望单晶和无缺陷的纳米颗粒。然而，在最近的几项研究中，缺陷丰富的纳米粒子在磁热疗和磁粒子成像中优于无缺陷的纳米粒子。在这里，概述了国家的最先进的设计和表征的缺陷和由此产生的自旋无序的磁性纳米粒子的重点是氧化铁纳米粒子。强调了缺陷和无序对用于药物递送和癌症治疗的磁性纳米颗粒的细胞内磁热疗性能的有益影响。氧化铁纳米颗粒中的缺陷工程成为一种为生物医学定制其磁特性的替代方法，因为它已经成为半导体等成熟系统和包括钙钛矿太阳能电池在内的新兴领域的常见做法。最后，观点和想法给出了如何故意诱导缺陷的氧化铁纳米粒子及其潜在的影响，磁示踪剂监测细胞治疗和免疫治疗的磁粒子成像。
2020-06-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Large specific absorption rates in the magnetic hyperthermia properties of metallic iron nanocubes
我们报告的化学合成的铁磁性11和16纳米铁（0）的立方体形状的纳米粒子显示散装铁的饱和磁化强度的磁热疗性能。在300 kHz和66 mT下，在16 nm纳米立方体上测量的比吸收率为1690 ± 160 W/g。这相当于每循环的比损失为5.6 mJ/g，大大超过其他系统中报告的损失。提出了一种量化任何系统相对于热疗应用的优化程度的方法。在这里应用，这种方法表明，我们的纳米粒子没有完全优化，可能是由于磁相互作用对其磁响应的强烈影响。一旦保护免受氧化并进一步优化，这种纳米物体可以构成需要非常大的加热功率的生物医学应用的有效磁芯。
2010-05-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.med-ph
Polarised superlocalization in magnetic nanoparticle hyperthermia
磁热疗是一种癌症的辅助疗法，其中注射的磁性纳米颗粒用于将能量从时间依赖性施加的磁场转移到周围介质中。它的主要重要性是能够局部提高人体的温度。这种定位可以通过使用静态和交变外部磁场的组合来进一步增加。例如，如果静态场是不均匀的，并且交变场是振荡的，则能量传递以及因此产生的热量仅在梯度场为零的情况下才是非零的，这导致超局域化。我们的目标是从理论和实验上研究静态场和振荡场的垂直或平行组合是否会产生更好的超局域化。在小频率和大场强的超局域化，这是非常重要的，在实践中发现一个相当大的极化效应。
2022-02-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Magnetic particle hyperthermia: Power losses under circularly polarized field in anisotropic nanoparticles
利用确定性Landau-Lifshitz-Gilbert方程研究了旋转磁场驱动下单轴各向异性磁性纳米颗粒的磁化强度和比损耗功率的非线性动力学，推广了[P.F.德沙泰勒岛Nandori，J. Hakl，S. Meszaros和K. Vad，J. Phys.：康登斯Matter 21，124202（2009）]。相反，在单畴铁磁粒子的磁化反转的损失必须最小化的许多应用程序，在本文中，我们研究了用于癌症治疗的热疗，需要增强的能量损失的耗散机制。我们表明，对于圆极化场，每周期的损失能量减少的各向异性相比，各向同性的情况下，只考虑动力学效应。因此，在这种情况下，在低频极限下，对于各向同性纳米颗粒可以实现更好的加热效率。还讨论了热涨落的可能作用。所得结果与实验数据进行了比较。
2012-11-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Approaching the Physical Limits of Specific Absorption Rate in Hyperthermia Applications
本研究提出基于微磁模拟和机械流体建模的SAF-MDP设计，通过优化各向异性消除自旋翻转，逼近热疗比吸收率的理论极限，为癌症热疗开辟新途径。
2024-08-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic nanoparticle sensing: decoupling the magnetization from the excitation field
磁性纳米粒子的遥感在磁性纳米粒子热疗和分子探测方面有着令人兴奋的应用。我们介绍，模拟，并通过实验证明了一种创新-一个传感线圈，是几何解耦的激励场-磁性纳米粒子光谱，增加了远程检测的灵活性和能力。解耦绝对地增强了对少量纳米颗粒的灵敏度，并且相对地增强了对纳米颗粒动力学中的小变化的灵敏度。我们采用了以前的光谱方法，测量纳米粒子的弛豫时间，并证明了一种新的测量纳米粒子的温度，可以同时使用在热疗。
2014-03-25 cond-mat.mes-hall
Multiscale modelling of magnetostatic effects on magnetic nanoparticles with application to hyperthermia
我们扩展了一个基于重整化群的课程粒度化方法的微磁模拟，包括适当缩放的静磁相互作用。我们应用该方法在模拟动态磁滞回线在临床相关的扫描速率和在310 K的氧化铁纳米粒子（NP）的磁热疗的临床前研究中已被使用的那种。粗粒化的方法，随着涉及扫描速率和吉尔伯特阻尼参数的时间尺度，使我们能够跨越长度尺度从单位细胞到纳米粒子直径约50纳米与合理的模拟时间。对于这两个纳米颗粒和纳米棒组成的，我们报告有效的单轴各向异性强度和饱和磁化强度，这不同于那些散装材料磁铁矿和磁赤铁矿，它们是由，考虑到组合的非平凡的影响的温度，棒间交换，静磁相互作用和纳米棒复合材料内的取向顺序的程度。有效的参数允许治疗的NP作为单一的macrospins，我们发现的测试情况下计算循环两个对齐的NP，使用偶极子近似是足够的距离超过1.5倍的NP直径。我们还提出了一个相关的集成时间步长的微磁细胞的大小的研究，发现最佳的时间步长的尺度与细胞体积近似线性。
2020-10-17 cond-mat.mes-hall
Towards optimal thermal distribution in magnetic hyperthermia
球对称热源的线性组合，以提供最佳的静态热分布在磁热疗。此外，热源的这种空间位置在生物介质中产生合适的温度分布，甚至对于具有大约100 - 150 W/g的中等值的比吸收率（SAR）的磁性纳米颗粒的组件。我们还证明了使用组装的磁性纳米胶囊组成的金属铁纳米粒子覆盖有足够厚度的非磁性壳在磁热疗的优势。基于数值模拟，我们优化了生物相容性胶囊的尺寸和几何结构，以尽量减少紧密间隔的纳米颗粒之间的强磁偶极子相互作用的影响。结果表明，在中等振幅H = 50 - 100 Oe和频率f = 100 - 200 kHz的交变磁场下，胶囊组件可以提供250 - 400 W/g量级的足够高的SAR值，适合于临床应用
2021-10-13 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Uniform and Nonuniform Precession of a Nanoparticle with Finite Anisotropy in a Liquid: Opportunities and Limitations for Magnetic Fluid Hyperthermia
我们专注于深入研究的受迫动力学的铁磁单畴单轴纳米粒子放置在粘性流体和驱动的外部旋转磁场。将磁能和机械能转化为热能的过程是磁流体热疗的物理基础，磁流体热疗在癌症治疗中非常有前途。动态近似使我们能够建立加热速率的限制，并了解系统参数选择的逻辑，以优化治疗。基于开发的分析和数值工具，我们从一个单一的观点分析的同步和异步旋转的纳米粒子或/和它的磁化在以下三种情况下。首先，我们实现了内部的磁性动力学的特点，当纳米粒子的身体应该是固定的。然后，我们研究了整个纳米粒子的旋转，当它的磁化被认为是锁定到晶格。最后，我们实现了在旋转纳米粒子体内进行内部磁动力学时的耦合运动分析。在所有这些情况下，我们分析描述的均匀模式，或同步旋转，随着外部场，而非均匀模式，或异步旋转，进行了研究。
2018-07-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el physics.app-ph
Application of magnetosomes in magnetic hyperthermia
磁小体，即由趋磁细菌在自然界中合成的纳米颗粒，非常有希望用于癌症治疗的磁热疗。使用随机Landau-Lifshitz方程的解决方案，我们计算特定的吸收率在一个交变的磁场的磁小体链组件取决于颗粒的大小，在链中的颗粒之间的距离，和所施加的磁场相对于链轴的角度。比吸收率对链颗粒之间距离的依赖性表现为具有明显最大值的钟形形式。最大比吸收率仅微弱地依赖于纳米颗粒的直径和链的长度。然而，由于不同链的纳米颗粒之间的强磁偶极相互作用，在致密链组装中发生比吸收率的显著降低。
2020-06-02 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Phonon-assisted radiofrequency absorption by gold nanoparticles resulting in hyperthermia
有人建议，在金纳米粒子（GNP）的约5 nm的尺寸用于射频（RF）热疗，由费米电子的RF光子的吸收发生与参与的纵向声振动模式（LAVM），占主导地位的振动态密度（VDOS）的分布。这种物理机制有助于解释两个观察到的现象：GNP中加热速率（HR）的大小依赖性和聚集GNP中的产热减少。在单电子近似下，考虑到电子和LAVM的能量和动量的离散性，进行了论证。GNP的加热被认为包括两个连续的过程：首先，费米电子同时吸收RF光子和GNP中可用的LAVM;此后，激发的电子在GNP的边界内弛豫，激发具有比先前吸收的LAVM更高能量的LAVM。含有Ta和/或Fe杂质的GNP被提出用于RF热疗，作为具有增强HR的有前途的加热器，并且具有稀土杂质原子的GNP也被考虑在内。它示出了为什么最大的HR值应预期在GNP与约5-7 nm的大小。
2015-08-04 cond-mat.mes-hall physics.med-ph
Nanoscale mapping of internal magnetization dynamics reveals how disorder shapes heat generation in magnetic particle hyperthermia
University of Luxembourg（卢森堡大学）；Ghent University（根特大学）；Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC)（马德里材料科学研究所）；Physikalisch-Technische Bundesanstalt（德国联邦物理技术研究院）
研究通过结合AC磁性测量与动态微磁模拟，揭示了杂乱如何影响磁性粒子内部热量产生，发现颗粒尺寸是关键可调参数，影响热释放的大小和时空分布。
2026-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Coercivity-size map of magnetic nanoflowers: spin disorder tunes the vortex reversal mechanism and tailors the hyperthermia sweet spot
本文通过大规模微磁学模拟绘制了10–400 nm氧化铁纳米花的矫顽力-尺寸图谱，揭示涡旋态下两种反转模式及其转变处的矫顽力最大值，阐明晶粒各向异性与晶界钉扎的协同作用，并证明可通过调节晶粒尺寸定制磁热疗最佳区间。
2025-07-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spatially focused magnetic hyperthermia: comparison of MRSh and sLLG equations
HUN-REN Atomki（匈牙利科学院原子核研究所）；University of Debrecen（德布勒森大学）；University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；University of Miskolc（米什科尔茨大学）；Agóra（阿戈拉科学中心）
本文比较了MRSh和sLLG方程在磁性超热疗中空间聚焦能力，提出利用垂直AC和DC磁场进行图像引导热疗。
2026-03-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Observation of Double Hysteresis in CoFe$_2$O$_4$/MnFe$_2$O$_4$ Core/Shell Nanoparticles and Its Contribution to AC Heat Induction
本研究通过合成不同壳层数的CoFe2O4/MnFe2O4核/壳纳米颗粒，首次观察到双磁滞回线，并揭示其由核壳磁各向异性差异及内部偏置耦合引起，从而增强交流热感应（SLP），为磁热疗提供优化设计策略。
2025-04-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Giant Magnetoresistive Effect in Colloidal Magnetic Nanoparticles
这篇论文已被作者撤回。
2007-07-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Specific absorption rate of magnetic nanoparticles: nonlinear AC susceptibility
在磁热疗的背景下，使用几个物理参数来优化热生成，这些参数包括纳米颗粒浓度以及外部AC磁场的幅度和频率。在这里，我们扩展了我们以前的工作，通过计算非线性贡献的特定吸收率，同时考虑到（弱）粒子间偶极相互作用和直流磁场。在以前的工作中，后者被证明可以在某些特定的几何形状和设置中增强SAR。我们发现，三次校正的AC磁化率不修改先前观察到的定性行为，但确实带来了不可忽视的定量变化的特定吸收率，特别是在相对较高的AC场强。顺便说一句，在我们的方法的基础上的AC磁化率，我们重新审视的AC磁场强度$H_{0}$和它的频率$f$的产品的上限的生理经验标准，并提供了一个物理学家的理由。
2020-10-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exploring Anisotropy Contributions in Mn$_\mathrm{x}$Co$_\mathrm{1-x}$Fe$_2$O$_4$ Ferrite Nanoparticles for Biomedical Applications
本研究利用亚埃级分辨率的中子测量揭示了Mn-Co混合尖晶石纳米颗粒中形状各向异性和颗粒间相互作用对各向异性常数的额外贡献，为磁流体热疗等生物医学应用中的先进磁性纳米材料设计提供了新见解。
2024-11-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Application of magnetically induced hyperthermia on the model protozoan Crithidia fasciculata as a potential therapy against parasitic infections
磁热疗是目前欧盟批准的针对肿瘤细胞的临床疗法，其在时变磁场（TVMF）下使用磁性纳米颗粒。同样的基本原理似乎有希望对抗引起恰加斯病和昏睡病的锥虫，因为现有的治疗药物显示出严重的副作用和耐药菌株。然而，到目前为止，还没有应用这种策略来对抗原生动物引起的疾病的报道。在本研究中，利用Fe_{3} O_{4}磁性纳米颗粒（MNP）靶向束状短肢虫（Critidia fasciculata），这是一种广泛用于治疗致病性锥虫的模型，目的是使用TVMF远程引发细胞死亡。平均尺寸为d的MNP约为使用FeSO_{4} 4在碱性介质中的沉淀合成30 nm的纳米颗粒。将MNP添加到处于指数期的束状克里氏鞭毛虫（Crithidia fasciculata choanomastigotes）中并孵育过夜。通过磁性测量确定每个细胞上传的MNP的量。使用MTT比色测定和流式细胞术的细胞活力表明，MNP被细胞掺入，没有明显的细胞毒性作用。当TVMF（f = 249 kHz，H = 13 kA/m）施加到MNP轴承细胞，大量的细胞死亡诱导通过非凋亡机制。通过对对照（没有加载的MNP）细胞施加TVMF没有观察到影响。在实验期间，在细胞外培养基中未观察到肉眼可见的温度升高。扫描电子显微镜显示TVMF实验后的形态学变化。这些数据表明（作为原理的证明），细胞内热疗是一种合适的技术，以诱导携带MNP的原生动物寄生虫的特异性死亡…
2012-11-01 cond-mat.mes-hall physics.bio-ph q-bio.CB
Giant Positive Magnetoresistance in Co@CoO Nanoparticle Arrays
我们报道了自组装Co@CoO纳米颗粒阵列在低于100 K温度下的磁输运性质。电阻显示热激活行为，其可以通过R exp{（T/T0）^v}的一般表达式来拟合。Efros-Shklovskii可变范围跳跃（v=1/2）和简单激活（硬间隙，v=1）分别占主导地位的高温和低温区域，与强烈的温度依赖性过渡制度之间。在10 K下观察到大于1，400%的巨正磁电阻，随温度升高而减小。正的MR和它的大部分功能可以解释由塞曼分裂的本地化状态，抑制自旋相关的跳跃路径在现场库仑排斥的存在下。
2011-03-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Non-Uniform Hysteresis in Small Clusters of Magnetic Nanoparticles
利用第一性原理计算和动力学蒙特卡罗模拟，我们研究了k磁性纳米颗粒（MNP）或k-聚体微团簇中的局部和平均磁滞现象。我们还分析了局部偶极场作为外部磁场的函数作用于组成纳米颗粒的变化。偶极相互作用促进了这种团簇的链状排列。无论团簇的大小，局部滞后响应强烈依赖于相应的偶极场作用于纳米粒子。在小的k聚体中，作为纳米颗粒位置的函数，局部滞后有很大的变化。另一方面，除了边界处的MNP之外，对于较大的k聚体，局部滞后更均匀。在超顺磁性纳米颗粒和弱偶极相互作用的情况下，局部磁滞回线面积Ai是最小的，并且弱地依赖于k聚体尺寸。而对于铁磁核，即使对于弱相互作用的MNP，Ai也相当大。发现Ai的值与作用在纳米颗粒上的偶极场成正比。偶极相互作用和k-mer尺寸也增强了磁性和剩磁。Ai总是随着杂波大小和偶极相互作用强度而增加。类似地，平均滞后回线面积A也强烈地依赖于k-链节尺寸、颗粒尺寸和偶极相互作用强度。A和Ai总是随着k-链节尺寸和偶极相互作用强度的增加而增加。有趣的是，当k>=20时，A的值饱和，并且无论颗粒大小如何，都存在相当大的偶极相互作用。我们相信，目前的工作将有助于理解的复杂作用，偶极相互作用的滞后和组织结构的MNP和它们的使用在药物输送和热疗应用。
2021-02-26 cond-mat.mes-hall 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
Supraferromagnetic correlations in clusters of magnetic nanoflowers
磁性纳米花是超铁磁耦合的氧化铁纳米晶体的密集聚集体，其在磁热疗实验中表现出色。在这里，我们调查的性质的时刻耦合粉末内的这样的nanoflower使用自旋分辨小角中子散射。在粉末中，纳米颗粒聚集成簇，我们可以证明相邻纳米花的矩倾向于彼此平行排列。因此，整个系统类似于由三个不同级别组成的分级磁性纳米结构，即（i）作为构建块的亚铁磁性纳米晶体，（ii）超铁磁性纳米花，和（iii）纳米花的\textit{supra}铁磁性簇。我们推测，这种超铁磁耦合解释了相互作用的纳米花的情况下增强的磁热疗性能。
2019-09-24 cond-mat.mes-hall
Giant exchange bias and ferromagnetism in the CoO shell of Co/CoO-MgO core-shell nanoparticles
采用磁控溅射法在Si（100）衬底上制备了一系列Co/CoO-MgO纳米颗粒。高分辨透射电子显微镜（HRTEM）图像显示，小的孤立的钴团簇（核心）覆盖的CoO（壳）的尺寸为几个纳米嵌入在MgO基质。电阻率作为Co原子比的函数表现出明显的逾渗阈值，在69%Co含量附近急剧下降。跨过阈值，电阻率下降约7个数量级。对于一个样品在这个渗流临界阈值，我们已经观察到一个巨大的交换偏置场HE=2460 Oe在T= 2K，并使用软X射线磁性圆二色性在Co-L2，3边缘，我们已经检测到一个铁磁（FM）信号来自反铁磁CoO壳。此外，减少Mg杂质将减少来自CoO壳层的FM信号（即未补偿的自旋密度）和HE的尺寸，从而直接支持未补偿的自旋模型。
2012-10-09 cond-mat.mes-hall 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
Anisotropic magnetic nanoparticles for biomedicine: bridging frequency separated AC-field controlled domains of actuation
磁性纳米粒子构成潜在的纳米医学工具的基础上，获得不同的安全远程刺激触发的反应的可能性。然而，如果不同的性能没有被准确地区分（和控制），则这种丰富性可能是有害的。这方面的一个例子是在AC场的影响下磁性纳米颗粒的重新取向，其可以用于低频（数十Hz）下的磁机械致动（MMA）;或大频率（MHz范围）下的热释放。虽然很明显，布朗旋转是MMA的原因，但它在高频区的加热作用尚不清楚。在这项工作中，我们的目标是阐明这个问题，这需要很好地理解磁流体热疗（MFH）或热触发药物释放的应用。使用布朗动力学（BD）的模拟技术，我们已经从理论上研究了布朗逆转的贡献，在盘状颗粒（以提高与环境的粘性相互作用）在很宽的频率范围。我们的研究结果预测基本上可以忽略不计的磁滞损耗在高和低的频率域，具有完全不同的含义：高效的MMA，但可以忽略不计的MFH性能。重要的是，互补的微磁模拟表明，大的磁矩假设的BD模拟支持的六边形磁盘，高达100 Oe的顺序的磁场振幅。更大的领域将导致Néel反转，值得注意的是，预测显着的加热性能。通过改变AC场的振幅在MMA和MFH响应之间切换的可能性，连同它们不同的最佳条件（用于MMF的大的磁矩;用于MFH的大的加热），指向这样的六边形纳米盘作为具有双重机械和加热功能的有前途的纳米药物。
2017-04-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electron magnetic resonance in magnetic nanoparticles: dependence on the particle size and applicability of the modified giant spin model
超顺磁性纳米粒子包含成百上千的耦合电子自旋之间的经典和量子行为的边界，并表现出典型的顺磁性自旋和宏观铁磁系统中不存在的功能。为了更好地理解随着系统尺寸的增加，磁化动力学从量子到经典行为的演变，我们研究了氧化铁纳米颗粒悬浮液中的电子磁共振信号作为颗粒尺寸的函数。实验数据进行了比较的基础上的巨自旋方法的数值模拟。
2016-05-04 cond-mat.mes-hall
The role of faceting and elongation on the magnetic anisotropy of magnetite Fe3O4 nanocrystals
Fe3O4纳米粒子由于其生物相容性、结构稳定性和良好的磁性，在磁热疗和治疗诊断等生物医学领域有着广泛的应用前景。然而，由于表面和有限尺寸效应的主导地位，所观察到的颗粒的磁性的纳米级起源是未知的。在这里，我们已经开发了一个原子自旋模型的细长磁铁矿纳米晶体，专门解决的作用，小面和伸长的磁形状各向异性。我们发现，对于小面的粒子简单的分析公式高估的磁形状各向异性和基本的立方各向异性作出了显着的贡献，适度拉长的粒子的能量势垒。我们的研究结果使高结晶磁铁矿纳米粒子的有效磁各向异性的更好的估计，是一个步骤，对磁性纳米粒子的加热效应的定量预测。
2019-09-05 cond-mat.mes-hall
Tuning the Surface States of $Fe_3O_4$ Nanoparticles for Enhanced Magnetic Anisotropy and Induction Efficacy
本研究通过热处理改变 $Fe_3O_4$ 纳米颗粒表面态，形成 $γ$-$Fe_2O_3$ 壳层，增强磁各向异性并缩短自旋弛豫时间，使比吸收率提升140%，为生物医学应用优化提供了有效途径。
2025-07-18 cond-mat.mes-hall
Simulations of magnetic nanoparticle Brownian motion
磁性纳米粒子在许多医学应用中是有用的，因为它们在细胞水平上与生物学相互作用，从而允许微环境调查。对磁性粒子动力学的增强理解可以导致直接在磁性粒子成像（MPI）中或通过增强的MRI对比度的成像的进步，并且对于纳米粒子感测如在布朗运动的磁光谱（MSB）中是必不可少的。此外，热疗等治疗技术需要有关粒子动力学的信息，以便在临床上有效，安全和可靠地使用。为此，我们已经开发并验证了随机动力学模型的旋转布朗纳米粒子从朗之万方程的方法。在没有场的情况下，达到平衡的弛豫时间与爱因斯坦的布朗运动模型相匹配。在静态场中，平衡磁化强度符合朗之万函数。对于高频率或低振幅的驱动场，线性化德拜近似的行为特征再现。在发生磁饱和的较高场区中，磁化强度及其谐波与有效场模型比较良好。在另一个层面上，该模型已与实验结果进行了基准测试，成功地证明了磁化的谐波携带了足够的信息来推断粘度和温度等环境参数。
2014-03-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Giant resonant radiative heat transfer between nanoparticles
我们发现，周期性的多层结构允许大幅提高纳米粒子之间的近场辐射传热。特别地，当两个纳米颗粒放置在多层结构的每一侧上时，在相同的颗粒间距离下，所得的热传递比不存在多层结构的情况高五个数量级以上。这种增强发生在一个广泛的距离范围内，是由于这样的事实，即中间多层结构支持双曲声子极化激元的关键特征，即I型和II型Reststrahlen带的边缘频率彼此一致，在一个非常接近粒子共振的值。这允许与纳米颗粒共振的非常高k的消逝模式。我们的预测可能与纳米级能源的有效管理有关。
2019-07-26 cond-mat.mes-hall
High-Precision Temperature Estimation Based on Magnetic Nanoparticles Dominated by Brownian Relaxation under Combined AC and DC Magnetic Fields
针对Brownian弛豫主导的磁性纳米颗粒，研究由Fokker-Planck方程推导AC/DC磁场下磁化解析表达式，并基于谐波比与相位实现310–320 K内误差低至0.0151 K的温度估计。
2025-09-29 cond-mat.mes-hall
Time depending magnetization of nanoparticles under radiofrequency fields: Experimental relaxation time in water for solid-liquid transition
本文建立了以弛豫时间τ和平衡磁化强度表达时间依赖磁化M(t)的理论公式，提出从实验M(t)直接测定磁性纳米颗粒有效τ及由一次谐波获取SAR的方法，并用于解释固-液转变中τ的变化。
2024-06-05 cond-mat.mes-hall
Plasmon-Driven Giant Amplification of Ultrashort Spin Current
本研究通过金纳米颗粒等离子体激发增强电子-磁振子散射，在铁磁/金属界面实现自旋电流两个数量级的放大，为高效太赫兹器件设计提供新途径。
2025-05-23 cond-mat.mes-hall
Giant magnetoresistance in semiconductor / granular film heterostructures with cobalt nanoparticles
本文研究了SiO ${}_2$（Co）/GaAs和SiO ${}_2$（Co）/Si异质结构中的电子输运，其中SiO ${}_2$（Co）结构是含有Co纳米颗粒的颗粒状SiO ${}_2$薄膜.在SiO ${}_2$（Co）/GaAs异质结中观察到巨磁电阻效应。当电子从颗粒膜注入到GaAs半导体中时，该效应具有正值，并且具有温度峰型特征。该效应的温度位置取决于Co浓度，并且可以通过所施加的电场而移位。对于SiO_2 ${}_2$（Co）/GaAs异质结，掺杂浓度为71 at.% Co的磁电阻在室温下达到1000（$10^5$ %）。相反，对于SiO ${}_2$（Co）/Si异质结构，磁电阻值很小（4%），而对于SiO ${}_2$（Co）薄膜，磁电阻值则相反。SiO ${}_2$（Co）/GaAs异质结构中的高磁电阻效应是由磁场控制的碰撞电离过程在界面附近的半导体中形成的自旋相关势垒附近解释的。通过势垒并触发雪崩过程的电子的动能被施加的磁场减小。这种电子能量的抑制推迟了碰撞电离的开始，以更高的电场和巨磁电阻的结果。自旋相关势垒是由于半导体中积累电子层中的电子与Co的$d$ -电子之间的交换相互作用。
2009-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Giant nonlinear optical responses from photon avalanching nanoparticles
雪崩现象利用陡峭的非线性动力学，从小扰动产生不成比例的高响应，并在许多事件和材料中发现，使技术包括光学相位共轭成像，红外量子计数和高效的上转换激光。然而，这些光学创新背后的光子雪崩（PA）机制仅在块状材料和聚集体中观察到，并且通常在低温下观察到，限制了其实用性和影响。在这里，我们报告了PA在室温下在单个纳米结构中的实现-小的，Tm掺杂的上转换纳米晶体-并展示了它们在最大生物透明度的光谱窗口内的近红外（NIR）波长处的超分辨率成像中的用途。雪崩纳米粒子（ANP）可以用连续波或脉冲激光泵浦，并表现出PA的所有定义特征。这些特征包括激发功率阈值，阈值上升时间长，以及比基态吸收大13，000倍的主要激发态吸收。在雪崩阈值之外，ANP发射与泵浦强度的26次方成非线性比例。这使得光子雪崩单束超分辨率成像（PASSI）的实现，仅使用简单的扫描共聚焦显微镜和任何计算分析之前，实现子70 nm的空间分辨率。将其陡峭的非线性与现有的超分辨率技术和计算方法相结合，ANP允许以更高的分辨率和大约1000像素成像。100-比其他探针可能的激发强度低一倍。ANP的低PA阈值和优异的光稳定性也表明它们在多种应用中的实用性，包括亚波长生物成像、IR检测、温度和压力转导、神经形态计算和量子光学。
2020-07-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Giant mid-IR resonant coupling to molecular vibrations in sub-nm gaps of plasmonic multilayer metafilms
能够限制光的纳米材料对于增强光谱学例如拉曼散射、红外吸收和非线性光学过程是期望的。等离子体超晶格已经显示出在中红外线中承载集体共振的能力，但需要严格的制造工艺来创建良好有序的结构。在这里，我们演示了如何短程有序的金纳米粒子多层镜，自组装的亚纳米分子间隔，支持集体等离子体极化激元共振在可见光和红外线，连续可调超过11 $μ$ m通过简单地改变纳米粒子的大小和层数。由此产生的分子等离子体激元系统接近振动强耦合，并显示巨大的Fano倾角强度，SEIRA增强因子~10 $^6$，轻物质耦合强度g~100 cm $^{-1}$，Purcell因子~10 $^6$，模体积压缩因子~10 $^8$。集体等离子体激元极化激元模式对纳米颗粒空位无序是高度鲁棒的，并且通过由分子间隔物限定的一致的间隙尺寸来维持。结构无序有效地将光耦合到多层膜和镜子之间的间隙中，从而实现亚皮升样品体积的拉曼和红外传感。
2022-06-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
Optimum Size of Nanorods for Heating Application
磁性纳米颗粒（MNP）由于其在施加远程外部交变磁场时释放热量的能力而在加热应用（例如癌症的热疗治疗）中变得越来越重要。已经表明，这种颗粒的加热能力随所用颗粒的尺寸而显著变化。在本文中，我们从理论上评估的加热能力的棒状MNP的，并确定条件下，这些粒子显示最高的效率。对于最佳尺寸的单分散颗粒，发现由棒状颗粒产生的功率等于由球形颗粒产生的功率。然而，对于具有尺寸分散的颗粒，发现棒状颗粒由于功率密度分布曲线的更大扩展而在加热中更有效。此外，对于棒状颗粒，当与长度上的分散相比时，颗粒半径上的分散对损失功率的降低贡献更大。我们进一步确定了最佳尺寸，即纳米棒的半径和长度，给出了二维粒度的双变量对数正态分布。
2013-08-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.bio-ph
Chern Numbers for Spin Models of Transition Metal Nanomagnets
我们认为，铁磁过渡金属纳米粒子少于约100个原子可以描述一个有效的哈密顿与一个单一的巨大的自旋自由度。有效哈密顿量的总自旋$S$由表征纳米颗粒的多电子波函数对磁化方向的拓扑非平凡依赖性的Berry曲率陈数指定。Berry曲率和相关的陈数对纳米颗粒中的自旋-轨道耦合具有复杂的依赖性，并影响描述磁化取向动力学的半经典Landau-Liftshitz方程。
2003-03-26 cond-mat.mes-hall
Giant thermal magnetoresistance in plasmonic structures
预测了磁光等离子体结构中热电磁输运的巨热磁电阻效应。在室温下InSb-Ag纳米颗粒链中，我们发现在2 T的磁场下，电阻几乎可以增加2倍。我们表明，这一重要的变化的结果从强的频谱依赖性的局部表面波的大小的磁场。
2017-02-08 cond-mat.mes-hall physics.optics
Giant Lateral Optical Forces on Rayleigh Particles near Hyperbolic and Extremely Anisotropic Metasurfaces
我们报告了一个戏剧性的增强的横向光学力诱导的电极化瑞利粒子附近的双曲线和极端各向异性超颖表面下简单的平面波照明。这种增强是通过由这些结构提供的增加的态密度和由粒子获得的面外极化自旋之间的相互作用实现的。由此产生的巨大的横向力出现在一个广泛的频率范围内，并可能为路由，捕获和组装纳米粒子开辟前所未有的场所。
2018-10-23 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Collective magnetic response of CeO2 nanoparticles
不含磁性阳离子的宽带隙氧化物纳米颗粒和薄膜的磁性是一个未解之谜。由于许多实验数据的不可重复性和缺乏任何普遍接受的理论解释，进展受到阻碍。特征信号是一条几乎无滞后、与温度无关的磁化曲线，该曲线在比磁化强度大几个数量级的外加磁场中饱和。看起来似乎只有<0.1%的体积分数的样品是磁性的，而且这个问题的能量尺度对于自旋磁性来说是异常高的。在这里，我们研究的效果分散4纳米CeO 2纳米粒子与粉末的γ-Al 2 O3，糖或乳胶微球。的饱和磁化强度，Ms ~ 60 A/m的紧凑的样品，是最大化的1重量%的镧掺杂。分散CeO 2纳米粉末使其磁矩降低高达一个数量级。CeO 2纳米粒子团簇的磁性存在一个100 nm量级的特征长度尺度。这一现象解释在一个巨大的轨道顺磁性，出现在相干介观域由于共振相互作用的真空电磁场的零点波动。该理论解释了所观察到的温度无关的磁化曲线及其掺杂和色散依赖性，基于300 nm的长度尺度，其对应于磁性CeO 2纳米颗粒的UV吸收光谱中的最大波长。相干畴约占样品体积的10%。
2016-01-19 cond-mat.mes-hall
Chirality Inversion and Giant Optical Activity in Scalable Self-Assembled Metamaterials
Max Planck Institute of Colloids and Interfaces (MPIKG)（马克斯·普朗克胶体与界面研究所）；Department of Chemistry, University of Cambridge（剑桥大学化学系）；Institute of Light and Matter, Claude Bernard University Lyon 1, CNRS（里昂第一大学克劳德·贝尔纳大学光与物质研究所，法国国家科学研究中心）
本研究开发了可规模化组装的分级螺旋超材料，实现了强等离子体光学活性与手性反转，还可回收金纳米颗粒，为可持续手性等离子体材料提供了新方案。
2026-10-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
Giant resonant nonlinear damping in nanoscale ferromagnets
磁阻尼是基于磁性纳米颗粒的新兴技术的关键指标，例如自旋扭矩存储器和高分辨率生物磁成像。尽管它的重要性，在纳米级铁磁体的磁耗散的理解仍然难以捉摸，阻尼往往被视为一个现象学常数。在这里，我们报告的发现，一个巨大的频率依赖性的非线性阻尼，强烈地改变了纳米铁磁体的自旋扭矩和微波磁场的响应。这种新颖的阻尼机制起源于三磁振子散射，该散射通过磁振子在纳米磁体中的几何限制而强烈增强。我们发现，巨大的非线性阻尼可以反转自旋扭矩的影响，导致一个令人惊讶的电流引起的增强阻尼的antidamping扭矩的纳米磁体。我们的工作推进了对纳米铁磁体和自旋扭矩器件中磁动力学的理解。
2018-03-29 cond-mat.mes-hall
Plasmonic Nanoparticle-in-nanoslit Antenna as Independently Tunable Dual-Resonant Systems for Efficient Frequency Upconversion
East China Normal University（华东师范大学）；Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）
本文研究了等离子体纳米粒子-纳米沟槽天线的双共振特性，通过独立调节中红外和可见光共振，提升非线性过程效率，发现新的共振模式以增强上转换效率。
2025-07-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
Nonlinear optical heating of all-dielectric super-cavity: efficient light-to-heat conversion through giant thermorefractive bistability
共振纳米结构的光学加热是现代纳米光子学的关键问题之一，根据应用的不同，可能是有害的，也可能是期望的。尽管对于金属和半导体谐振系统，光-热转换的线性状态被很好地研究为临界耦合条件，但是仍然缺少在高强度光照射下优化光学加热的明确策略。在这项工作中，我们提出了一个简单的分析模型，这样的问题考虑到材料的性质变化所造成的加热。它使我们能够推导出一个新的一般临界耦合条件的非线性情况下，需要违反直觉的初始光谱之间的泵浦光频率和共振的不匹配。基于所提出的策略，我们开发了一种有效的非线性光学加热的优化设计，它采用了一个圆柱形的纳米粒子支持准束缚态的连续模式（准BIC或所谓的“超腔模式”）由入射方位角矢量光束激发。我们的方法为与光学加热和双稳态相关的各种非线性实验提供了背景，其中强激光束的自作用可以改变被照射纳米结构的共振特性。
2022-05-17 cond-mat.mes-hall physics.optics
Size-Induced High Electrocaloric Response of Dense Ferroelectric Nanocomposites
本研究通过Landau-Ginzburg-Devonshire方法和有效介质模型预测尺寸效应与Vegard应力协同作用可显著增强BaTiO3纳米颗粒电卡冷却，并实验验证了致密无铅铁电纳米复合材料具有高可调性和易控性，在电子元件冷却方面前景广阔。
2023-09-18 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Metallic nanostructures as electronic billiards for nonlinear terahertz photonics
金属纳米颗粒的光学性质通常被认为是等离子体激元，光和准自由电子的耦合状态。在这里，我们预测，纳米结构内部的电子限制导致另一种非常不同的共振类型，这决定了在明显低于等离子体共振的频率范围内的光学性质。我们表明，紧密放置的约束诱导共振通常加入到一个单一的复合“超共振”，在低频产生巨大的非线性。我们的模拟表明，这种非线性可以用于有效的下转换的光泵太赫兹和中红外频率的亚微米器件的基础上的纳米颗粒复合材料。我们讨论了这些量子限制引起的共振与传统的等离子体激元的相互作用，以及不寻常的量子能级统计，在这里适应的范例的电子台球理论。
2023-03-27 cond-mat.mes-hall physics.optics
