Optical read-out of the Néel vector in metallic antiferromagnet Mn$_{2}$Au
金属反铁磁体在两个亚晶格上具有破缺的反转对称性，强的自旋轨道耦合和高的Néel温度为自旋电子学的应用提供了新的机会。特别是Mn $_{2}$ Au，具有高Néel温度和导电性，对于实际应用特别有意义。在这里，操纵的方向的交错磁化，\textit{\ i.e.}的Néel矢量，电流脉冲，最近已被证明，与读出限于研究各向异性磁阻或X射线磁线性二色性。本文报道了Mn $_{2}$ Au（001）薄膜在脉冲磁场中的面内反射率各向异性。在近红外中，各向异性为$\approx$ 0.6\%，对于沿着Néel矢量偏振的光具有更高的反射率。所观察到的磁性线性二向色性比各向异性磁电阻大约大四倍。这表明Mn $_{2}$ Au中的二向色性是强自旋-轨道相互作用引起带间光学跃迁各向异性的结果，与最近的电子能带结构研究一致。在近红外线的相当大的磁性线性二向色性可用于超快光学读出的Néel矢量在Mn $_{2}$金。
2021-06-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Long-lived Neel states in antiferromagnetic quantum spin chains with strong uniaxial anisotropy for atomic-scale antiferromagnetic spintronics
实验证明，表面磁性吸附原子可以排列形成具有强单轴各向异性的反铁磁量子自旋链，这种自旋链中的Neel态可以用来实现信息存储。本文基于数值精确对角化方法，研究了具有强单轴各向异性的反铁磁短自旋链中Neel态的本征态、量子自旋动力学和寿命.我们严格地表明，只要单轴各向异性是非常强的，基态和第一激发态，几乎简并，安全地从其他状态分离，从而主导的量子动力学的Neel状态。通过进一步的数值分析，我们获得了一个强大的寿命表达式的Neel态的任意自旋和模型参数。有趣的是，对于Cu $_2$ N表面上著名的Fe吸附原子链，14或16个Fe吸附原子足以获得实际的长寿命的Neel态信息存储。这些结果也适用于其他类似的反铁磁自旋系统，以实现原子尺度的反铁磁自旋电子学。
2015-09-22 cond-mat.mes-hall
Anisotropy of Neel "orange-peel" coupling in magnetic multilayers
我们计算了具有均匀磁化强度和相关界面的两个铁磁薄膜之间的静磁相互作用的能量（“橘子皮”效应）。“橙皮”耦合是各向异性的：当膜面内磁化时，相互作用是铁磁的;当磁化是面外时，它是反铁磁的。相互作用的各向异性可以用来区分“桔皮”效应和层间交换耦合。
2018-07-15 cond-mat.mes-hall
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
Magnetic interaction and anisotropy axes arrangement in nanoparticle aggregates can enhance or reduce the effective magnetic anisotropy
纳米结构的磁响应在生物医学应用中起着重要的作用，受到磁各向异性的强烈影响。在这项工作中，我们调查的作用温度，颗粒浓度和纳米粒子的排列形成的有效磁各向异性的Mn-Zn铁氧体基纳米粒子的聚集体。电子磁共振和磁化率温度依赖性分析，进行了严格的比较，估计的各向异性。我们发现各向异性的温度依赖性遵循Callen-Callen模型，而对称性依赖于粒子浓度。在低浓度下，仅观察到单轴项，而增加立方贡献必须被添加。有效的各向异性被发现增加磁性胶体上的颗粒浓度越高，只要易轴是在相同的方向的纳米颗粒链。甚至进一步增加浓度直到高度填充的条件（粉末样品），观察到各向异性的降低，这归因于随机各向异性轴配置。
2019-02-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Magnetization reversal by uniform rotation (Stoner-Wohlfarth model) in f.c.c. cobalt nanoparticles
高灵敏度超导量子干涉仪（SQUID）与高质量纳米粒子的结合允许检查由Neel，Stoner和Wohlfarth在50多年前提出的描述均匀旋转的磁化反转的最简单的经典模型。采用电子束光刻法制备了微米级的SQUID，并采用电弧放电法合成了纳米粒子。几乎所有的f.c.c. Co纳米颗粒显示出占主导地位的单轴磁各向异性。这一结果表明，孪晶界和堆垛层错强烈改变立方磁晶各向异性，导致占主导地位的单轴各向异性。然而，很少有粒子是足够的“完美”，以显示一个更复杂的开关场表面和开关场的场路径依赖性，这是立方磁晶各向异性的重要标志。
2001-06-03 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
Effective macrospin model for $Co_{x}Fe_{3-x}O_{4}$ nanoparticles: decreasing the anisotropy by Co-doping?
$Co$ -$Fe_{3}O_{4}$磁性纳米颗粒的掺杂是定制其磁性的有效方式。当考虑$Co_{x}Fe_{3-x}O_{4}$系列的两个极端情况，即$x=0$和$x=1$值时，发现系统从负的各向异性能量常数$K_{C}^{-}<0$演化到正的$K_{C}^{+}>0$。因此，中间体PDMATHAMT组合物会发生什么？在这项工作中，我们提出了一个非常简单的唯象模型的各向异性，下的\textit{macrospin}近似，其中所得到的各向异性是直接成比例的量的$Co$。首先，我们进行了详细的分析，在一个相当理想的系统，其中的极值具有相同的幅度（即$|K_{C}^{-}|=|K_{C}^{+}|$），然后我们专注于真正的$Co_{x}Fe_{3-x}O_{4}$系统，其中$|K_{C}^{+}|\sim 18|K_{C}^{-}|$。值得注意的是，该方法相当好地再现了$Co_{x}Fe_{3-x}O_{4}$纳米粒子的加热性能的实验值，这表明我们的简单方法实际上可能是真实情况的良好代表。这引起了一种有趣的相关可能性：$Co$掺杂组合物应该存在，其有效各向异性趋于零，在此估计为0.05。
2019-09-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Properties of polycrystalline nanoparticles with uniaxial and cubic types of magnetic anisotropy of individual grains
采用数值模拟的方法研究了晶体结构不均匀性对不同长径比的钴纳米颗粒以及球形二氧化铬、钴铁氧体和磁铁矿纳米颗粒磁性能的影响。多晶纳米粒子的建模通过细分的纳米粒子体积成紧密结合的单晶颗粒随机分布的易各向异性轴的方向。在足够大的组装的多晶纳米粒子的各种类型的准均匀和涡旋状态的出现的概率已计算取决于纳米粒子的直径。结果表明，细分的纳米颗粒成单晶颗粒的易各向异性轴的不同取向，大大降低了有效的单畴直径的颗粒与单轴型的各向异性的个别颗粒。然而，对于具有立方型磁各向异性的颗粒，晶体结构的不均匀性对颗粒的平衡性质的影响并不那么重要，即使对于硬磁钴铁氧体纳米颗粒也是如此。对于磁性软磁铁矿纳米颗粒，它几乎不存在。
2018-01-04 cond-mat.mes-hall
Shape-induced anisotropy in antiferromagnetic nanoparticles
高比例的表面原子大大增强了尺寸和形状对纳米颗粒的磁性和电子性质的影响。铁磁纳米颗粒中的形状效应被很好地理解，并且允许在生产期间设置和控制影响其磁各向异性的样品的参数。在本文中，我们研究的形状效应在其他广泛使用的磁性材料-反铁磁体，-具有极小或零宏观磁化。我们考虑到纳米颗粒的表面和体磁各向异性之间的差异，并表明有效的磁各向异性取决于其面的颗粒形状和晶体取向。相应的形状引起的贡献的磁各向异性能量是成比例的颗粒体积，依赖于磁致伸缩，并可以导致形成的平衡域结构。纳米颗粒表面的晶体取向决定了畴结构的类型。所提出的模型允许预测反铁磁纳米粒子的磁性取决于它们的形状和处理。
2013-08-15 cond-mat.mes-hall
A core-shell-surface layer model to explain the size dependence of effective magnetic anisotropy in magnetic nanoparticles
磁性纳米颗粒（NPs）的有效磁各向异性Keff的颗粒尺寸（D）依赖性通常显示Keff随着D的减小而增加。这种依赖性通常使用等式来解释：Keff = Kb +（6 Ks/D）其中Kb和Ks分别是体状芯和表面层中自旋的各向异性常数。在这里，我们表明，这个模型是不足以解释所观察到的尺寸依赖性的Keff为较小的纳米粒子与D < 5 nm。相反，磁赤铁矿（γ-Fe 2 O3）、NiO和Ni的NP的结果最好通过上述模型的扩展来描述，导致由Keff = Kb +（6 Ks/D）+Ksh{[1-（2d/D）]^（-3）-1}给出的变化，其中最后一项是由于具有各向异性Ksh的厚度d的壳中的自旋。该模型对三种不同磁性纳米粒子体系（亚铁磁性γ-Fe 2 O3、铁磁性Ni和反铁磁性NiO）的验证表明，该模型可能适用于所有磁性纳米粒子。
2017-07-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
High temperature magnetic stabilization of cobalt nanoparticles by an antiferromagnetic proximity effect
热活化往往会破坏小磁性纳米颗粒的磁稳定性，在超高密度记录等应用中具有重要意义。在这里，我们证明了低阻断温度铁磁（FM）Co纳米粒子（TB<70 K）成为磁稳定高于400 K时，嵌入在一个高Néel温度反铁磁（AFM）NiO矩阵。这种显著的TB增强的起源是由于围绕Co纳米颗粒的薄CoO壳（具有低Néel温度TN;和高各向异性KAFM）与NiO基质（具有高TN但低KAFM）之间的磁邻近效应。这种邻近效应产生一个有效的原子力显微镜，具有明显的TN超过散装CoO，和增强的各向异性相比，NiO。反过来，通过核-壳交换偏置耦合，Co核FM矩对热波动是稳定的，导致观察到的TB增加。平均场计算提供了一个半定量的理解，这种磁接近稳定机制。
2015-07-13 cond-mat.mes-hall
Magnetic anisotropy by Rashba spin-orbit coupling in antiferromagnetic thin films
研究了具有反转对称破缺的反铁磁体的磁各向异性。对两种不同的原子力显微镜模型，计算了由Rashba自旋-轨道相互作用和s-d型交换相互作用引起的磁各向异性能（MAE）。全局ISB模型，代表了表面，界面，或门控电场的效果，结果在易平面磁各向异性。相反，对于局部ISB模型，即，对于非中心对称的AFM，出现垂直磁各向异性（PMA）。这两个结果不同于铁磁的情况下，其中的结果为PMA取决于能带结构和维数。这些MAE贡献在确定反铁磁纳米结构中Neel序参量的方向中起着关键作用，并反映了电场控制Neel矢量的可能性。
2018-04-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Non-equilibrium effects in the magnetic behavior of Co_3O_4 nanoparticles
本文详细研究了反铁磁Co_3O_4纳米粒子的非平衡磁行为。磁化强度的温度和磁场依赖性，磁弛豫（老化）的等待时间依赖性，记忆效应和比热的温度依赖性进行了研究，以了解这些粒子的磁行为。我们发现，该系统显示出纳米颗粒磁性的一些特征，如场冷（FC）和零场冷（ZFC）磁化率的分叉和磁化强度的缓慢弛豫。然而，奇怪的是，ZFC磁化峰值的温度与分叉温度一致，并且在施加高达1 kOe的磁场时不偏移，这与大多数其他纳米颗粒系统不同。在FC和ZFC协议中，这些粒子的老化效应可以忽略不计，并且仅在FC协议中存在记忆效应。我们估计Néel温度通过使用Fisher的关系，以及直接通过测量的比热，从而测试的Fisher的关系的有效性的纳米粒子。我们发现，Co3O4纳米粒子构成了一个独特的反铁磁系统，开发一个磁矩在顺磁状态，因为反铁磁相关，并进入一个阻塞状态以上的Néel温度。
2011-02-11 cond-mat.mes-hall
Chemical order and size effects on the magnetic anisotropy of FePt and CoPt nanoparticles
我们调查的FePt和CoPt纳米粒子的磁各向异性的尺寸减少的后果。利用Néel磁各向异性模型的扩展，我们发现，由于统计有限尺寸效应，化学无序团簇可以显示高达0.5 \times 10^6 J/m3的磁各向异性能（MAE），比体相MAE高一个数量级以上。关于L10有序集群，我们表明，表面诱导减少的MAE相比，散装，由于在集群表面的对称性破缺，这修改了化学顺序。
2011-05-31 cond-mat.mes-hall
Anisotropy in Ferromagnetic Nanoparticles: Level-to-Level Fluctuations of a Collective Effect
我们计算了铁磁纳米颗粒的磁各向异性的介观涨落。一个微观自旋轨道哈密顿量被认为是一个更强的交换相互作用的扰动首先产生一个明确的各向异性张量的表达。然后，假设一个简单的随机矩阵模型的自旋轨道耦合允许我们描述这样的张量的波动。在单轴各向异性的情况下，我们计算的各向异性常数的分布为一个给定的电子数，其变化时，增加这个数字由一。后者的大小足以解释实验数据。
2005-11-30 cond-mat.mes-hall
Spectral Recognition of Magnetic Nanoparticles with Artificial Neural Networks
铁磁共振（FMR）光谱是一种强有力的方法来量化内部磁各向异性场的纳米粒子，这是重要的，在广泛的生物医学和存储应用。然而，FMR谱的解释只能通过使用适当的模型来实现，并且没有逆方法可以从FMR谱中提取内部场。在这里，我们提出了使用人工神经网络进行光谱识别，即，从FMR谱中识别内部磁各向异性场。我们训练了两种不同类型的网络，一个卷积神经网络和一个多层感知器，通过给网络预先计算的FMR谱，用相应的各向异性场标记。对具有不可见光谱的训练网络的测试表明，它们成功地预测了正确的各向异性场，并且令人惊讶的是，网络在超出其训练范围的数据上表现良好。这些结果显示了使用人工神经网络加速磁性材料和纳米结构的高通量分析的前景;例如，它们可以用于自动化和优化勘探任务，其中纳米磁性信号通常用作代理。
2022-06-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomistic modelling of frictional anisotropy of palladium nanoparticles on graphene
这篇文章是我们以前研究的金属纳米颗粒在石墨烯衬底表面的摩擦各向异性的其他温度条件下的延续。采用经典的分子动力学模型研究了钯纳米颗粒在石墨烯片上沿不同横向的摩擦力。研究了由10000个原子组成的纳米粒子在石墨烯表面高速滑动时的各向异性。纳米颗粒接触表面的不可通约性和短程有序性以及石墨烯变形的影响导致摩擦力没有明显的角度依赖性。
2021-03-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Minimum Anisotropy of a Magnetic Nanoparticle out of Equilibrium
在这篇文章中，我们研究了在单一的纳米粒子的Ni，Py=Ni $_{0.8}$ Fe $_{0.2}$，Co，和Fe，体积$15\pm 6$ nm $^3$，在4.2 K温度下，使用顺序电子隧穿。我们在名义上相同的样品的集合中测量电流与磁场的关系，并获得磁滞的丰度。当Ni：Py：Co：Fe=4，：50，：100，：100（%）时，磁滞回线丰度随金属的不同而变化，与静磁各向异性和磁晶各向异性有很好的相关性。在这些金属之间的磁滞丰度的突变建议的概念，最小磁各向异性所需的磁滞，这是发现为$\approx 13$ meV。最小的各向异性解释的剩余磁化噪声所产生的自旋-轨道扭矩由顺序电子隧穿。磁滞丰度弱依赖于通过纳米颗粒的隧穿电流，我们归因于电流依赖性阻尼。
2015-10-19 cond-mat.mes-hall
Magnetic Anisotropy of a Single Cobalt Nanoparticle
使用新的microSQUID装置，我们研究了单个1000个原子的钴簇中的磁各向异性。该系统开辟了新的领域，在表征和理解的起源，磁各向异性的纳米粒子。为了这个目的，我们报告的三维开关场测量上进行的3纳米钴簇嵌入在铌矩阵。我们能够分离不同的磁各向异性的贡献和证据的群集表面的主导作用。
2000-12-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Magnetic Anisotropy Variations and Non-Equilibrium Tunneling in a Cobalt Nanoparticle
我们提出了详细的测量的离散电子隧穿能级谱内纳米尺度的钴粒子作为磁场和栅极电压的函数，以这种方式探测单个量子多体本征态内的铁磁样品。观测到的能级之间的变化表明，一个粒子内的不同量子态受到不同的磁各向异性能的影响。栅极电压的研究表明，低能量的隧道谱显着影响的非平衡自旋激发的存在下。
2001-08-09 cond-mat.mes-hall
Frictional anisotropy of metal nanoparticles adsorbed on graphene
采用经典的分子动力学模拟研究了银和镍纳米颗粒在石墨烯片上不同横向剪切时的摩擦力。结果表明，两种金属都存在摩擦各向异性。在大多数情况下，摩擦力的最大值大约是最小值的两倍。摩擦力分量的瞬时值对纳米岛的质心位置的相应横向分量的依赖性的形式强烈地依赖于滑动方向，在滑动方向和不规则方向之间变化。提出了基于“补丁”模型的定性解释的结果。
2013-03-18 cond-mat.mes-hall
Anisotropy enhancement of the Casimir-Polder force between a nanoparticle and graphene
我们推导了半无限材料上方的球形纳米颗粒与石墨烯覆盖的界面之间的热Casimir Polder能量和力的解析表达式。我们详细分析了金纳米颗粒和单层原始石墨烯之间的Casimir Polder力，重点关注各向异性的影响。我们表明，各向异性的效果，即球形纳米颗粒的形状和取向，具有比石墨烯的可调谐性大得多的力的影响。调谐和各向异性的影响加起来，使得我们观察到的力在理想金属情况下的20-50%之间，这比金属半空间和石墨烯层之间的卡西米尔力的结果大得多。
2015-03-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Ferromagnetic order in dipolar systems with anisotropy: application to magnetic nanoparticle supracrystals
单畴磁性纳米颗粒（MNP）除了磁晶能量外还通过偶极相互作用（DDI）相互作用，根据底层结构和组装的有序度，可以呈现低温铁磁（SFM）或自旋玻璃（SSG）相。我们研究，从蒙特卡罗模拟的框架内的有效的一个自旋或macrospin模型，单域MNP固定在一个完美的晶格与fcc对称和随机分布的易轴的网站上的单分散组装的情况。我们限制自己的情况下，一个低的各向异性，即发病的偶极长程铁磁（FM）相的消失，在各向异性的情况下，由于后者引入的无序。
2018-10-10 cond-mat.mes-hall
Anomalous magnetic behavior of CuO nanoparticles
我们报告的温度，磁场和时间依赖性的氧化铜纳米粒子的大小为9 nm，13 nm和16 nm的磁化强度的研究。与其他反铁磁纳米粒子系统相比，纳米粒子显示出不寻常的功能。场冷却（FC）和零场冷却（ZFC）磁化曲线分叉高于Néel温度和ZFC磁化曲线中通常的峰值是不存在的。该系统没有表现出任何记忆效应，这与其他反铁磁纳米颗粒所表现出的通常行为形成鲜明对比。结果表明，CuO纳米粒子的非平衡行为是非常奇怪的，既不是超顺磁性的，也不是类自旋玻璃。
2010-01-21 cond-mat.mes-hall
Magnetic Behaviour of Assemblies of Interacting Cobalt-Carbide Nanoparticles
最近的工作[1]证明了碳化钴纳米颗粒组装体中的高矫顽力和磁矩，并根据碳化钴纳米颗粒的高磁晶各向异性从第一原理解释了高矫顽力。在这项工作中，我们全面模拟了纳米粒子之间的相互作用，包括组装和系统地了解颗粒尺寸的影响，相对于所施加的磁场的纳米粒子的磁晶各向异性轴的取向的分布，和偶极耦合纳米粒子之间的温度依赖的磁性行为的纳米粒子组装。我们表明，磁晶各向异性单独是不足以解释在50 K-400 K的温度范围内的大滞后，并建议钉扎磁化的缺陷和不均匀性也可以发挥重要作用，这种温度依赖性的磁行为。
2018-01-20 cond-mat.mes-hall
Unusual non-equilibrium behavior of cupric oxide nanoparticles
我们报告的温度，磁场和时间依赖性的氧化铜纳米粒子的大小为9 nm，13 nm和16 nm的磁化强度的研究。与其他反铁磁纳米粒子系统相比，纳米粒子显示出不寻常的功能。场冷却（FC）和零场冷却（ZFC）磁化曲线分叉高于尼尔温度和通常的峰值ZFC磁化曲线是缺席。该系统没有表现出任何记忆效应，这与其他反铁磁纳米颗粒所表现出的通常行为形成鲜明对比。事实证明，CuO纳米颗粒的性质非常奇怪，既不是超顺磁性的，也不是类自旋玻璃的。
2009-07-24 cond-mat.mes-hall
Approaches for modeling magnetic nanoparticle dynamics
磁性纳米粒子是有用的生物探针以及治疗剂。已经有几种方法用于为布朗旋转和Néel旋转建模纳米颗粒磁化动力学。磁化强度往往是感兴趣的，可以与实验结果进行比较。在这里，我们总结了这些方法，包括Stoner-Wohlfarth方法，和随机方法，包括热波动。与非平衡态相关的温度效应可以用分布函数方法（福克-普朗克方程）或随机微分方程（朗之万方程）来描述。从这些一般方法中可以推导出几种制度的近似模型，以简化实施。
2015-05-10 cond-mat.mes-hall
The Magnetic Susceptibility of Non-Interacting Nanoparticles
我们已经计算了低场磁化率$χ$的系统组成的非相互作用的单分散纳米粒子使用经典的统计方法。该模型利用了这样的假设，即所有纳米颗粒的对称轴相对于外部磁场以一定角度$ψ$对齐和取向。得到了在阻断温度以上磁化率$χ(T)$随温度变化的解析表达式。导出的表达式是居里定律的各向异性磁性粒子的情况下的推广。我们表明，归一化的磁化率是一个通用的函数的温度比各向异性常数为每个角度$ψ$。在易磁化轴垂直于磁场的情况下，磁化率有一个最大值。最大温度允许确定各向异性能。
2001-04-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Triangular array of iron-oxide nanoparticles: A simulation study of intra- and inter-particle magnetism
采用随机Landau-Lifshitz-Gilbert（sLLG）方法研究了球形磁赤铁矿纳米颗粒在二维三角形阵列上的分布.模拟方法首先验证了一个三角形阵列的简单偶极子，结果显示预期的相变到铁磁状态在有限的温度。基态表现出连续的简并性，在无限小的温度下通过无序有序机制解除，并出现六重平面各向异性。纳米颗粒阵列由7.5 nm直径磁赤铁矿球与块样的超交换相互作用的Fe-离子之间的核心，和较弱的交换表面Fe-离子和径向各向异性。三角形纳米颗粒阵列在相同的降低温度下作为简单的偶极子阵列，但表现出不同的行为，在低温下，由于表面各向异性。我们发现，在纳米粒子的八面体网站上的空位结合表面各向异性，以产生一个有效的随机温度依赖性的各向异性为每个粒子。这导致与简单的偶极阵列相比，在零温度下纳米颗粒阵列的净磁化强度降低。
2019-04-11 cond-mat.mes-hall
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
Learning from Nature to Improve the Heat Generation of Iron-Oxide Nanoparticles for Magnetic Hyperthermia Applications
磁性纳米粒子的性能与其结构、平均粒径和磁各向异性密切相关。此外，合奏提供了一种独特的方式工程磁响应通过修改粒子之间的偶极相互作用的强度。在这里，我们报告的实验和理论分析磁热疗，一个快速发展的技术在医学研究和肿瘤学。在实验中，我们证明了类似细菌磁小体的单域立方氧化铁颗粒与类似大小的球形颗粒相比具有优越的磁加热效率。原子水平的蒙特卡罗模拟证实了与球形颗粒相比，立方颗粒具有更大的各向异性，从而证明了表面各向异性在提高加热功率中的有益作用。此外，我们建立了一个定量的联系之间的粒子组装，相互作用和加热性能。这一知识为改进热疗开辟了新的前景，这是传统癌症治疗的替代方案。
2013-04-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dynamics of particles with cubic magnetic anisotropy in a viscous liquid
通过求解单位磁化强度矢量的随机Landau-Lifshitz方程和描述纳米粒子在液体中空间取向的多粒子指向矢随机方程，计算了具有立方各向异性的球形铁纳米粒子在粘性液体中的稀组装体的比吸收率（SAR）.在低幅值和足够高幅值的交变磁场下，分别揭示了颗粒的粘性和磁性磁化反转模式。在相同的外加磁场振幅和频率下，铁纳米颗粒组装体的SAR显着超过具有单轴各向异性的铁氧化物纳米颗粒的SAR。线性响应理论仅在小磁场幅值H 0 < 50 - 70 Oe时有效。
2021-05-25 cond-mat.mes-hall
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$τ^{}_N…
2021-05-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetization of superparamagnetics in the state of mechanical anisotropy
某些纳米颗粒的磁各向异性的内能甚至在室温下也超过了热能。纳米颗粒的强磁各向异性可以显著影响磁性流体的磁化过程。如果纳米颗粒系统处于其中颗粒的各向异性轴具有相同方向的机械各向异性状态，则这种影响是显著的。在这项工作中，它表明，磁流体的磁化曲线在机械各向异性的状态是显着不同的朗之万。它位于朗之万和双曲正切曲线之间，随着各向异性的增加，逐渐呈现双曲正切形状。它还表明，在粉末样品的情况下，机械各向异性导致居里定律的大量定量变化。
2016-01-22 cond-mat.mes-hall
Intrinsic mixed Bloch-Néel character and chirality switch of skyrmions in asymmetric epitaxial trilayer
在铁磁和非磁性材料的交替原子层组成的系统中，手性磁化结构的稳定和操纵方面的最新进展有望在自旋电子学技术中实现创新。系统的低维度促进了自旋轨道驱动的界面效应，如反对称Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya interactions）和表面磁各向异性，其相对强度可以被调节以实现具有固定手性的稳定纳米尺寸的磁性物体。虽然在大多数情况下，这是通过工程复杂的多层堆叠，其中层间偶极场变得重要，我们在这里考虑一个简单的外延三层，其中的铁磁体，具有可变的厚度，嵌入在重金属和石墨烯之间。后者增强了系统的垂直磁各向异性，促进了Rashba型自旋，并且可以维持很长的自旋扩散长度。我们使用一个层分辨的微磁模型（LRM）来描述的磁化纹理和他们的手征。我们的结果表明，对于厚度大于3.6 nm的Co，具有逆时钟手征的本征混合布洛赫-内尔特征的skyrmion在整个（单个）Co层中稳定。值得注意的是，对于大于5.4 nm的厚度，skyrmion切换其手性，从逆时针到顺时针。
2019-12-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tailoring Neel orders in Layered Topological Antiferromagnets
ShanghaiTech University（上海科技大学）；Renmin University of China（中国人民大学）；Tsinghua University（清华大学）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）
通过表面改性在层状拓扑反铁磁体中调控Neel序，实现量子反常霍尔态中的新型量子现象及自旋调制效应。
2025-04-14 cond-mat.mes-hall
Currentless reversal of Néel vector in antiferromagnets
偏置驱动的垂直磁各向异性是一种磁电效应，其可以以最小的能量消耗实现铁磁体中沿易磁化轴的90个$^\circ$磁化旋转甚至180个$% ^\circ $翻转。这项研究从理论上证明了一个类似的现象，尼尔矢量反转通过一个短的电脉冲，可以介导垂直磁各向异性的反铁磁体。基于动力学方程的分析以及微磁模拟揭示了反铁磁体中惯性行为的重要作用，它有助于Néel矢量克服沿易磁化轴的两个自由能极小值之间的障碍。与铁磁体相反，这种Néel矢量反转不会伴随着角动量转移到环境中，导致动力学响应加速几个数量级。此外，几阿焦耳的小开关能量需求说明了在低功率自旋电子学应用中该现象的附加优点。
2016-09-13 cond-mat.mes-hall
Magnetic anisotropy and chirality of frustrated Cr nanostructures on Au(111)
利用完全相对论性的嵌入团簇格林函数方法，研究了四种不同的致密Cr三聚体（等边三角形）和Cr单层沉积在Au（111）表面的fcc和hcp堆叠的磁各向异性性质。对于所有的三聚体的磁基态被发现一个挫折120 $^\circ$ Néel配置。将整体自旋转动应用于磁基态，通过第一性原理计算，高精度地再现了一个合适的二阶自旋哈密顿量的预言.对于具有相似几何形状的相邻Au原子的Cr三聚体，我们获得了相似的面内和面外各向异性参数值，然而，Dzyaloshinskiii-Moriya（DM）相互作用似乎显着不同。对于两种三聚体，我们发现了一个非常规的磁性基态，在高对称性方向上显示90 $^\circ$的平面内旋转。由于更高的对称性，在平面内各向异性项是失踪的单层和明显不同的DM相互作用得到不同的堆叠。对于三聚体，Néel构型的手性简并度被提升了小于2 meV，而对于hcp填充单层，该值被提升到每3个Cr原子约15 meV。
2014-05-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Formation of Néel Type Skyrmions in an Antidot Lattice with Perpendicular Magnetic Anisotropy
磁性Skyrmions是在具有面外各向异性的磁性薄膜中发现的类粒子手性自旋织构，被认为是下一代数据存储器件中潜在的信息载体。尽管对skyrmions的性质及其动态特性进行了深入的研究，但仍有几个关键挑战需要解决。特别是在室温下Skyrmion的可重复产生、稳定和限制。在这里，我们提出了一种方法，用于捕获纳米尺寸的磁性skyrmions在阵列的磁性拓扑缺陷的反点晶格的形式。利用微磁学模拟，我们阐明了反点晶格中skyrmion的形成，并表明捕获依赖于反点晶格参数。扫描透射X射线显微镜测量证实了这种行为。这一证明，一个磁性antidot晶格可以实现作为主机捕捉skyrmion和skyrmion为基础的设备的实验研究提供了一个新的平台。
2019-10-10 cond-mat.mes-hall
Field-dependent magnetic relaxation times of magnetic nanoparticle systems: analytic approximations supported by numerical simulations
本文推导了单畴球形磁性纳米颗粒场依赖布朗弛豫时间的解析近似，并用颗粒级模拟验证，进而分析布朗与Néel弛豫共存时的总弛豫时间，发现强场下两种机制解耦、不宜简单合并。
2024-06-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Anisotropic Exchange Spin Model to Investigate the Curie Temperature Dispersion of Finite-Size L10-FePt Magnetic Nanoparticles
本研究构建了含自旋交换各向异性的原子级LLG模型，复现了此前各向同性模型低估的L10-FePt纳米颗粒Tc色散，证实约70%实验观测色散源于尺寸效应，为HAMR介质尺寸控制提供依据。
2025-02-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effective anisotropy due to the surface of magnetic nanoparticles
由于Néel型的表面各向异性（SA），已经找到了立方形状的磁性纳米颗粒的二阶有效各向异性的解析解。类似于球形颗粒，对于简单立方晶格，有效立方各向异性有利于大对角方向$\left(\pm1,\pm1,\pm1\right)$，但效果是两倍强。单轴芯各向异性和施加的磁场导致屏蔽的扰动从表面的距离的磁畴壁宽度和减少SA附近的能量最小值的影响。然而，屏蔽在单轴能垒附近消失，较大粒子的均匀势垒状态可能变得不稳定。对于这些影响的解析解，以及获得的单轴和有效的立方各向异性的颗粒的添加剂公式的限制建立。本文用脉冲噪声技术对自旋系统的随机Landau-Lifshitz方程计算了热激活磁化转换率。
2018-03-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Magnetic anisotropy of individual maghemite mesocrystals
对创造磁性超材料的兴趣已经导致了用于生长磁性纳米颗粒的超结构的方法。磁赤铁矿（$γ\text{-Fe}_2\text{O}_3$）纳米颗粒的介观晶体可以排列成高度有序的体心四元晶格，其尺寸可达几微米。尽管已经对无序系综进行了测量，但由于它们的总磁矩很小，因此确定单个介观晶体的磁性具有挑战性。在这里，我们克服了这些挑战，利用灵敏的动态悬臂梁磁强计研究个人微米级的$γ\text{-Fe}_2\text{O}_3$介晶。这些测量揭示了明确的立方各向异性，从组成磁赤铁矿纳米颗粒的晶体各向异性和它们在介观晶格内的排列。各向异性的特征和它的起源是因为我们将高度有序的介晶的自组装与分辨它们各自磁性的能力结合起来。这种组合对于其他纳米颗粒的磁各向异性的未来研究是有希望的，这些纳米颗粒太小而无法单独研究。
2020-11-13 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
Determining Magnetic Nanoparticle Size Distributions from Thermomagnetic Measurements
热磁测量用于获得磁性纳米颗粒的尺寸分布和各向异性。描述了一种分析变换方法，该方法利用温度相关的零场冷却（ZFC）磁化数据来提供超顺磁性纳米颗粒的平均直径和相对丰度的定量测量。将这种方法应用于MnAs-GaAs复合膜中的自组装MnAs纳米颗粒，揭示了与块状材料相比纳米颗粒的对数正态尺寸分布和降低的各向异性。这种分析技术有望快速评估的超顺磁性纳米粒子的合奏的尺寸分布。
2015-04-25 cond-mat.mes-hall
Nonlinear simulations to optimize magnetic nanoparticle hyperthermia
磁性纳米粒子热疗是一种有吸引力的新兴癌症治疗方法，但作用的微观能量沉积机制还没有得到很好的理解和优化。我们描述了几种近似形式的特征时间的Néel旋转与不同的属性和外部影响。然后，我们提出了随机模拟，近似表达式和微磁模型之间的协议。模拟结果表明，非线性虚响应和相关的弛豫滞后，由于磁场和频率的依赖性的磁化。这表明，通过使场与粒子匹配而不是诉诸于使所施加的磁场的功率最大化，有效加热是可能的。
2014-03-24 cond-mat.mes-hall
Surface anisotropy of iron oxide nanoparticles and slabs from first principles : influence of coatings and ligands as a test of the Heisenberg model
我们进行了从头计算的简单的氧化铁团簇和板块的磁性。我们考虑了由分子官能化的氧化铁簇或粘到相同大小的金簇。我们还考虑了由氧化钴或氧化铁和氧化钴的混合物涂覆的磁铁矿板。磁行为的变化进行了探讨，使用约束磁计算。表面各向异性的一个可能的值估计从一个经典的海森堡模型从头计算结果的拟合。发现该值与通过其他手段获得的估计值或从实验结果推断的估计值是相容的。添加配体，涂层，或金属纳米粒子的系统降低了质量的描述海森堡哈密顿量。提出改变各向异性，允许每个过渡原子的比例，我们可以得到一个更好的描述系列的混合钴和铁氧化物系统的磁性。
2017-03-19 cond-mat.mes-hall
Magnetic behavior of nanoparticles in patterned thin films
研究了图案化薄膜中截锥形纳米颗粒的磁行为与其尺寸和形状的关系。使用缩放技术，相图给出的特征内部磁性结构的粒子的相对稳定性。本文讨论了单轴各向异性在确定这类系统磁性质中的作用，并提出了一种确定其强度的简单方法。
2011-06-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Giant interfacial induced Dzyaloshinskii-Moriya interaction in polycrystalline Co/Pt multilayers
重金属和铁磁体的多层膜是形成具有不均匀手征磁性分布的各种结构的基础。洛伦兹透射电子显微镜（L-TEM）是研究具有高空间分辨率的这种结构中的磁状态的最有用的方法。在这里，我们报告的观察手征Néel畴壁通过L-TEM在Co/Pt多层膜与垂直磁各向异性。我们解释了手性Néel内部结构的存在，由于超临界，巨大的界面诱导Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用。我们的研究结果证实了微磁建模，它允许考虑到局部的磁各向异性的多晶薄膜上形成的自旋织构的影响。
2021-01-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetism of monomer MnO and heterodimer FePt@MnO nanoparticles
本文报道了不同粒径（6- 19 nm）反铁磁MnO纳米颗粒的磁性。使用极化中子散射和磁力测量的组合，我们能够解决以前观察到的特殊性。另一方面，磁性测量揭示了低温（~ 25 K）下零场冷却（ZFC）磁化曲线中的峰值，但在118 K的Néel温度附近没有特征。另一方面，极化中子散射显示AF序参量在118 K附近消失的预期行为。此外，在不同温度下测量的磁滞曲线揭示了交换偏置效应，表明AF芯与铁磁（FM）状外壳的耦合。ZFC数据测量在各个领域排除了一个纯粹的超顺磁性（SPM）的情况。我们的结论是，MnO颗粒的磁性行为可以解释为叠加的SPM类的AF-Néel矢量的AF核心内的热波动和强磁耦合到亚铁磁性Mn $_2$ O $_3$或Mn $_3$ O $_4$壳。此外，我们已经研究了异二聚体（“Janus”）颗粒，其中FM FePt颗粒连接到AF MnO颗粒。通过交换偏置效应，FePt亚单元的磁矩被MnO稳定。
2017-02-14 cond-mat.mes-hall
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
Skyrmion robustness in non-centrosymmetric magnets with axial symmetry: The role of anisotropy and tilted magnetic fields
本文研究了极性磁体中Néel skyrmions在倾斜磁场作用下的稳定性，其单轴各向异性范围从易平面到易轴。我们构造了相应的相图，并研究了具有位移核的斜skyrmions的内部结构。我们发现，适度的易平面各向异性增加了Néel skyrmions沿对称轴的场的稳定范围，而适度的易轴各向异性增强了它们对倾斜磁场的鲁棒性。我们强调的方向，沿其skyrmion核心移动，取决于下面的晶格的对称性。在具有C $_{nv}$对称性的极性磁体中实现的Néel skyrmions的核心，根据由Dzyaloshinskii常数的符号指示的磁化的旋转方向，沿着或相反于磁场的离轴（面内）分量移位。反kyrmions的核心移位，存在于手征磁体与D $_{2d}$对称性，取决于在平面内的取向的磁场，可以是平行的，反平行，或垂直于it.We认为，各向异性的作用，在具有轴对称晶体结构的磁体是不同的立方helimagnets。我们的研究结果可以应用于解决最近的实验极性磁铁与C $_{3v}$对称性，GaV $_4$ S $_8$和GaV $_4$ Se $_8$。
2017-08-18 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
