Single femtosecond laser pulse excitation of individual cobalt nanoparticles
Tatiana M. Savchenko, Michele Buzzi, Ludovic Howald, Sergiu Ruta, Jaianth Vijayakumar, Martin Timm, David Bracher, Susmita Saha, Peter M. Derlet, Armand Béché, … 展开作者
Tatiana M. Savchenko, Michele Buzzi, Ludovic Howald, Sergiu Ruta, Jaianth Vijayakumar, Martin Timm, David Bracher, Susmita Saha, Peter M. Derlet, Armand Béché, Jo Verbeeck, Roy W. Chantrell, C. A. F. Vaz, Frithjof Nolting, Armin Kleibert
Laser-induced manipulation of magnetism at the nanoscale is a rapidly growing research topic with potential for applications in spintronics. In this work, we address the role of the scattering cross section, thermal effects, and laser fluence on the magnetic, structural, and chemical stability of individual magnetic nanoparticles excited by single femtosecond laser pulses. We find that the energy transfer from the fs laser pulse to the nanoparticles is limited by the Rayleigh scattering cross section, which in combination with the light absorption of the supporting substrate and protective layers determines the increase in the nanoparticle temperature. We investigate individual Co nanoparticles (8 to 20 nm in size) as a prototypical model system, using x-ray photoemission electron microscopy and scanning electron microscopy upon excitation with single femtosecond laser pulses of varying intensity and polarization. In agreement with calculations, we find no deterministic or stochastic reversal of the magnetization in the nanoparticles up to intensities where ultrafast demagnetization or all-optical switching is typically reported in thin films. Instead, at higher fluences, the laser pulse excitation leads to photo-chemical reactions of the nanoparticles with the protective layer, which results in an irreversible change in the magnetic properties. Based on our findings, we discuss the conditions required for achieving laser-induced switching in isolated nanomagnets.
Spin wave free spectrum and magnetic field gradient of nanopatterned planes of ferromagnetic cobalt nanoparticles: key properties for magnetic resonance based quantum computing
我们提出了一个研究的两个片钴纳米粒子退火SiO2层注入钴离子在微波Q波段的铁磁共振。本实验研究是作为一个功能的应用磁场取向，温度和剂量的注入钴离子。我们证明，这些磁性片的钴纳米粒子可以很好地模拟一个几乎二维的铁磁片，具有降低的有效饱和磁化强度，相比，一个规则的薄膜的钴。发现纳米颗粒在210 K以上是超顺磁性的，在此阻断温度以下是铁磁性的。静磁计算表明，通过在这种钴纳米颗粒磁性片中图案化的铁磁纳米条可以产生约0.1 G/nm的强磁场梯度。这种与电子顺磁共振相结合的强磁场梯度可以与基于耦合电子自旋的阵列实现中间尺度量子计算机相关，如先前报道的（Eur. J. B（2014）87，183）。然而，这种新方法只有在铁磁纳米结构的自旋波激发不引入额外的自旋退相干时才有效。因此，我们在理论上提出了一些可能的磁各向异性工程的钴纳米粒子，可以允许抑制自旋量子位退相干诱导的不必要的集体激发的自旋。
Control of magnetism in cobalt nanoparticles by oxygen passivation
我们报道了具有反铁磁氧化物覆盖层的铁磁钴纳米球的制备及其对磁性变化的影响。在有机表面活性剂存在下，通过热分解羰基钴制备了六方晶系钴纳米球。将由此制备的球形纳米颗粒氧化以在钴球顶部生长不同组成和厚度的反铁磁层。高分辨率透射电子显微镜证实生长的Co 3 O 4在一种情况下，在另一种情况下，CoO。由于Co-CoO体系的核壳结构，导致了强的交换各向异性和矫顽场的增强。另一方面，在Co-Co_3 O_4体系中仅观察到边际改善。还观察到低温顺磁行为，这在氧化物壳中的晶体缺陷的框架中被解释。
NanoSQUID magnetometry of individual cobalt nanoparticles grown by focused electron beam induced deposition
我们演示了低噪声纳米超导量子干涉器件（SQUID）的高临界场和高临界温度超导体YBa $_2$ Cu $_3$ O $_7$（YBCO）的基础上的操作作为超灵敏磁强计的单个磁性纳米粒子（MNP）。纳米SQUID利用YBCO晶界的约瑟夫森行为，并已通过聚焦离子束铣削图案化。这允许精确地限定SQUID的横向尺寸，以便在纳米环和各个MNP之间实现大的磁耦合。通过聚焦电子束诱导沉积，直接在传感器表面生长出典型尺寸为几十纳米的钴MNP，具有纳米空间分辨率。值得注意的是，nanoSQUID在极宽的施加磁场（-1 T $< μ_0 H <$ 1 T）和温度（0.3 K $< T<$ 80 K）范围内工作。所有这些特征一起使我们能够在不同的环境条件下进行磁化测量，并检测具有磁矩（1 - 30）$\times 10^6\,μ_{\rm B}$的单个Co MNP的磁化反转。根据粒子的尺寸和形状，我们区分了两种不同的磁性状态，产生不同的反转机制。的磁化反转是热激活的能量障碍，这已被量化的（准）单畴粒子。我们的测量不仅显示了YBCO nanoSQUID可实现的高灵敏度，而且还表明这些传感器是用于调查单个纳米磁体特性的特殊磁力计。
Coexistence of Interfacial Stress and Charge Transfer in Graphene Oxide based Magnetic Nanocomposites
在本文中，我们建立了水热合成的钴铁酸盐-氧化石墨烯（CoFe 2 O 4/GO）纳米复合材料中存在的压应力和电荷转移过程。透射电子显微镜（TEM）的结果表明，CoFe 2 O 4纳米粒子的GO片上的装饰。超导量子干涉仪（SQUID）磁强计测量证实了纳米复合材料的磁响应。这些纳米复合材料的光学性能进行了研究，通过拉曼光谱。通过观察氧化石墨烯特征G峰的蓝移来评价该体系中涉及的界面压应力。半峰全宽（FWHM）的增加以及D和G峰的上移是GO片和分散的磁性纳米颗粒之间的电荷转移过程的参与的清楚指示。电荷转移过程的影响是量化的费米能级的这些纳米复合材料的移位。这是使用扫描开尔文探针显微镜（SKPM）从接触表面电势差（CPD）的变化来评价的。CoFe 2 O 4/GO的XRD光谱证实了CoFe 2 O 4纳米颗粒的多晶性质。从XRD峰估计晶格应变与观察到的拉曼位移。
Magnetic field induced augmented thermal conduction phenomenon in magneto nanocolloids
已经报道了磁场诱导的包括磁性氧化物纳米颗粒（即，Fe 2 O3、Fe 3 O 4、氧化镍（NiO）、氧化钴（Co 3 O 4））的磁性纳米胶体的急剧增大的热导率，所述磁性纳米胶体分散在不同的基础流体（导热油、煤油和乙二醇）中。实验揭示了在外部施加的磁场下增强的热传输，与导热油和EG基MNC相比，煤油基MNC显示出相对低的磁场强度。当Fe_3 O_4/EG磁性纳米胶体的体积分数为7.0%、磁场强度为0.1T时，其导热系数最大提高了114%。然而，对于相同浓度的Fe 3 O 4/K2 O3磁纳米胶体，在相对较低的磁场（600 G）下，观察到最大82%的热导率增强。因此，在这样的系统中观察到流体以及颗粒物理性质对链形成倾向的强烈影响，导致增强的传导。Co 3 O 4纳米颗粒由于其最小的磁矩而对MNCs的热导率增强作用不明显。已经提出了一种分析方法来理解在外部施加的磁场下热导率增强背后的机制和物理，与近场静磁相互作用以及磁性纳米颗粒的Neel弛豫率一致。此外，分析模型是能够预测的现象，增强的热导率作为物理参数，如链长，尺寸和类型的纳米粒子，流体特性，磁场强度，饱和磁矩，纳米粒子浓度等的函数，并已观察到良好的协议与实验结果。
