[{"@context":"http:\/\/schema.org\/","@type":"BlogPosting","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki12\/2020\/12\/27\/superparamagnetismus-wikipedia\/#BlogPosting","mainEntityOfPage":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki12\/2020\/12\/27\/superparamagnetismus-wikipedia\/","headline":"Superparamagnetismus &#8211; Wikipedia","name":"Superparamagnetismus &#8211; Wikipedia","description":"before-content-x4 Superparamagnetismus ist eine Form von Magnetismus, die in kleinen ferromagnetischen oder ferrimagnetischen Nanopartikeln auftritt. In ausreichend kleinen Nanopartikeln kann","datePublished":"2020-12-27","dateModified":"2020-12-27","author":{"@type":"Person","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki12\/author\/lordneo\/#Person","name":"lordneo","url":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki12\/author\/lordneo\/","image":{"@type":"ImageObject","@id":"https:\/\/secure.gravatar.com\/avatar\/44a4cee54c4c053e967fe3e7d054edd4?s=96&d=mm&r=g","url":"https:\/\/secure.gravatar.com\/avatar\/44a4cee54c4c053e967fe3e7d054edd4?s=96&d=mm&r=g","height":96,"width":96}},"publisher":{"@type":"Organization","name":"Enzyklop\u00e4die","logo":{"@type":"ImageObject","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki4\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/download.jpg","url":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki4\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/download.jpg","width":600,"height":60}},"image":{"@type":"ImageObject","@id":"https:\/\/wikimedia.org\/api\/rest_v1\/media\/math\/render\/svg\/eae89f9963ded0fe3729f5c9ed89eacf8ac339ae","url":"https:\/\/wikimedia.org\/api\/rest_v1\/media\/math\/render\/svg\/eae89f9963ded0fe3729f5c9ed89eacf8ac339ae","height":"","width":""},"url":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki12\/2020\/12\/27\/superparamagnetismus-wikipedia\/","wordCount":7658,"articleBody":"     (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});before-content-x4Superparamagnetismus ist eine Form von Magnetismus, die in kleinen ferromagnetischen oder ferrimagnetischen Nanopartikeln auftritt.  In ausreichend kleinen Nanopartikeln kann die Magnetisierung unter dem Einfluss der Temperatur die Richtung zuf\u00e4llig umkehren.  Die typische Zeit zwischen zwei Flips wird als N\u00e9el-Entspannungszeit bezeichnet.  In Abwesenheit eines externen Magnetfelds scheint ihre Magnetisierung im Durchschnitt Null zu sein, wenn die zur Messung der Magnetisierung der Nanopartikel verwendete Zeit viel l\u00e4nger als die N\u00e9el-Relaxationszeit ist;  Sie sollen sich im superparamagnetischen Zustand befinden.  In diesem Zustand kann ein externes Magnetfeld die Nanopartikel \u00e4hnlich wie ein Paramagnet magnetisieren.  Ihre magnetische Suszeptibilit\u00e4t ist jedoch viel gr\u00f6\u00dfer als die von Paramagneten.  Table of ContentsDie N\u00e9el-Relaxation ohne Magnetfeld[edit]Blockiertemperatur[edit]Wirkung eines Magnetfeldes[edit]Zeitabh\u00e4ngigkeit der Magnetisierung[edit]Messungen[edit]Auswirkung auf Festplatten[edit]Anwendungen[edit]Allgemeine Anwendungen[edit]Biomedizinische Anwendungen[edit]Siehe auch[edit]Verweise[edit]Anmerkungen[edit]Quellen[edit]Externe Links[edit]Die N\u00e9el-Relaxation ohne Magnetfeld[edit]Normalerweise geht jedes ferromagnetische oder ferrimagnetische Material oberhalb seiner Curie-Temperatur in einen paramagnetischen Zustand \u00fcber.  Der Superparamagnetismus unterscheidet sich von diesem Standard\u00fcbergang, da er unterhalb der Curie-Temperatur des Materials auftritt.Superparamagnetismus tritt in Nanopartikeln auf, die eine einzelne Dom\u00e4ne sind, dh aus einer einzelnen magnetischen Dom\u00e4ne bestehen.  Dies ist m\u00f6glich, wenn ihr Durchmesser je nach Material unter 3\u201350 nm liegt.  In diesem Zustand wird angenommen, dass die Magnetisierung der Nanopartikel ein einzelnes riesiges magnetisches Moment ist, die Summe aller einzelnen magnetischen Momente, die von den Atomen des Nanopartikels getragen werden.  Diejenigen auf dem Gebiet des Superparamagnetismus nennen dies &#8220;Makro-Spin-Approximation&#8221;.  Aufgrund der magnetischen Anisotropie des Nanopartikels weist das magnetische Moment normalerweise nur zwei stabile Orientierungen auf, die antiparallel zueinander sind und durch eine Energiebarriere getrennt sind.  Die stabilen Orientierungen definieren die sogenannte \u201eleichte Achse\u201c der Nanopartikel.  Bei endlicher Temperatur besteht eine endliche Wahrscheinlichkeit, dass die Magnetisierung ihre Richtung umdreht und umkehrt.  Die mittlere Zeit zwischen zwei Flips wird als N\u00e9el-Relaxationszeit bezeichnet \u03c4N.{ displaystyle  tau _ { text {N}}}  und ist gegeben durch die folgende N\u00e9el-Arrhenius-Gleichung:[1]\u03c4N.=\u03c40exp\u2061((K.V.kB.T.){ displaystyle  tau _ { text {N}} =  tau _ {0}  exp  left ({ frac {KV} {k _ { text {B}} T}}  right)},wo:  \u03c4N.{ displaystyle  tau _ { text {N}}}  ist somit die durchschnittliche Zeitdauer, die die Magnetisierung des Nanopartikels ben\u00f6tigt, um aufgrund thermischer Schwankungen zuf\u00e4llig zu kippen.\u03c40{ displaystyle  tau _ {0}}  ist eine f\u00fcr das Material charakteristische Zeitspanne, die als Zeit versuchen oder Versuchszeitraum (sein Kehrwert hei\u00dft das Versuchsh\u00e4ufigkeit);  sein typischer Wert liegt zwischen 10\u22129 und 10\u221210 zweite.K. ist die Energiedichte der magnetischen Anisotropie des Nanopartikels und V. sein Volumen. KV ist daher die Energiebarriere, die mit der Magnetisierung verbunden ist, die sich von ihrer anf\u00e4nglichen Richtung der leichten Achse durch eine &#8220;harte Ebene&#8221; in die andere Richtung der leichten Achse bewegt.kB. ist die Boltzmann-Konstante.T. ist die Temperatur.Diese Zeitspanne kann zwischen einigen Nanosekunden und Jahren oder viel l\u00e4nger liegen.  Insbesondere ist ersichtlich, dass die N\u00e9el-Relaxationszeit eine exponentielle Funktion des Kornvolumens ist, was erkl\u00e4rt, warum die Kippwahrscheinlichkeit f\u00fcr Sch\u00fcttg\u00fcter oder gro\u00dfe Nanopartikel schnell vernachl\u00e4ssigbar wird.Blockiertemperatur[edit]Stellen wir uns vor, dass die Magnetisierung eines einzelnen superparamagnetischen Nanopartikels gemessen wird, und definieren wir \u03c4m{ displaystyle  tau _ { text {m}}}  als Messzeit.  Wenn \u03c4m\u226b\u03c4N.{ displaystyle  tau _ { text {m}}  gg  tau _ { text {N}}}wird die Nanopartikelmagnetisierung w\u00e4hrend der Messung mehrmals umgedreht, dann wird die gemessene Magnetisierung auf Null gemittelt.  Wenn \u03c4m\u226a\u03c4N.{ displaystyle  tau _ { text {m}}  ll  tau _ { text {N}}}wird die Magnetisierung w\u00e4hrend der Messung nicht kippen, so dass die gemessene Magnetisierung so ist, wie die momentane Magnetisierung zu Beginn der Messung war.  Im ersteren Fall scheint sich das Nanopartikel im superparamagnetischen Zustand zu befinden, w\u00e4hrend es im letzteren Fall im Ausgangszustand &#8220;blockiert&#8221; zu sein scheint.Der Zustand des Nanopartikels (superparamagnetisch oder blockiert) h\u00e4ngt von der Messzeit ab.  Ein \u00dcbergang zwischen Superparamagnetismus und blockiertem Zustand tritt auf, wenn \u03c4m=\u03c4N.{ displaystyle  tau _ { text {m}} =  tau _ { text {N}}}.  In mehreren Experimenten wird die Messzeit konstant gehalten, aber die Temperatur wird variiert, so dass der \u00dcbergang zwischen Superparamagnetismus und Blockierungszustand als Funktion der Temperatur angesehen wird.  Die Temperatur f\u00fcr die \u03c4m=\u03c4N.{ displaystyle  tau _ { text {m}} =  tau _ { text {N}}}  hei\u00dft das Blockiertemperatur::T.B.=K.V.kB.ln\u2061((\u03c4m\u03c40){ displaystyle T _ { text {B}} = { frac {KV} {k _ { text {B}}  ln  left ({ frac { tau _ { text {m}}} { tau _ {0}}}  right)}}}F\u00fcr typische Labormessungen liegt der Wert des Logarithmus in der vorherigen Gleichung in der Gr\u00f6\u00dfenordnung von 20 bis 25.Wirkung eines Magnetfeldes[edit]  Langevin-Funktion (rote Linie) im Vergleich zu tanh\u2061((13x){ textstyle  tanh  left ({ frac {1} {3}} x  right)}  (blaue Linie).Bei einem externen Magnetfeld H. wird auf eine Anordnung von superparamagnetischen Nanopartikeln angewendet, deren magnetische Momente dazu neigen, sich entlang des angelegten Feldes auszurichten, was zu einer Nettomagnetisierung f\u00fchrt.  Die Magnetisierungskurve der Anordnung, dh die Magnetisierung als Funktion des angelegten Feldes, ist eine reversible S-f\u00f6rmige ansteigende Funktion.  Diese Funktion ist ziemlich kompliziert, aber f\u00fcr einige einfache F\u00e4lle:Wenn alle Partikel identisch sind (gleiche Energiebarriere und gleiches magnetisches Moment), sind ihre einfachen Achsen alle parallel zum angelegten Feld ausgerichtet und die Temperatur ist niedrig genug (T.B. < T. \u2272 KV\/ (10 kB.)), dann ist die Magnetisierung der BaugruppeM.((H.)\u2248n\u03bctanh\u2061((\u03bc0H.\u03bckB.T.){ displaystyle M (H)  ca. n  mu  tanh  left ({ frac { mu _ {0} H  mu} {k _ { text {B}} T}}  right)}.Wenn alle Partikel identisch sind und die Temperatur hoch genug ist (T. \u2273 KV\/.kB.) also unabh\u00e4ngig von der Ausrichtung der einfachen Achsen:M.((H.)\u2248n\u03bcL.((\u03bc0H.\u03bckB.T.){ displaystyle M (H)  ca. n  mu L  left ({ frac { mu _ {0} H  mu} {k _ { text {B}} T}}  right)}In den obigen Gleichungen:n ist die Dichte der Nanopartikel in der Probe\u03bc0{ textstyle  mu _ {0}}  ist die magnetische Permeabilit\u00e4t des Vakuums\u03bc{ textstyle  mu}  ist das magnetische Moment eines NanopartikelsL.((x)=1tanh\u2061((x)&#8211; &#8211;1x{ textstyle L (x) = { frac {1} { tanh (x)}} &#8211; { frac {1} {x}}}  ist die Langevin-FunktionDie anf\u00e4ngliche Steigung des M.((H.){ displaystyle M (H)}  Funktion ist die magnetische Suszeptibilit\u00e4t der Probe \u03c7{ displaystyle  chi}::\u03c7={n\u03bc0\u03bc2kB.T.f\u00fcr den 1. Falln\u03bc0\u03bc23kB.T.f\u00fcr den 2. Fall{ displaystyle  chi = { begin {case}  displaystyle { frac {n  mu _ {0}  mu ^ {2}} {k _ { text {B}} T}} &#038; { text {for der 1. Fall}} \\ Anzeigestil { frac {n  mu _ {0}  mu ^ {2}} {3k _ { text {B}} T}} &#038; { text {f\u00fcr den 2. Fall}}  end {F\u00e4lle}}}Die letztere Anf\u00e4lligkeit gilt auch f\u00fcr alle Temperaturen  T _ { text {B}}}&#8221;\/>  wenn die leichten Achsen der Nanopartikel zuf\u00e4llig ausgerichtet sind.Aus diesen Gleichungen ist ersichtlich, dass gro\u00dfe Nanopartikel eine gr\u00f6\u00dfere haben \u00b5 und damit eine gr\u00f6\u00dfere Anf\u00e4lligkeit.  Dies erkl\u00e4rt, warum superparamagnetische Nanopartikel eine viel gr\u00f6\u00dfere Suszeptibilit\u00e4t als Standardparameter haben: Sie verhalten sich genau wie ein Paramagnet mit einem gro\u00dfen magnetischen Moment.Zeitabh\u00e4ngigkeit der Magnetisierung[edit]Es gibt keine Zeitabh\u00e4ngigkeit der Magnetisierung, wenn die Nanopartikel entweder vollst\u00e4ndig blockiert sind (T.\u226aT.B.{ displaystyle T  ll T _ { text {B}}}) oder vollst\u00e4ndig superparamagnetisch (T.\u226bT.B.{ displaystyle T  gg T _ { text {B}}}).  Es gibt jedoch ein schmales Fenster T.B.{ displaystyle T _ { text {B}}}  wobei die Messzeit und die Relaxationszeit eine vergleichbare Gr\u00f6\u00dfe haben.  In diesem Fall kann eine Frequenzabh\u00e4ngigkeit der Suszeptibilit\u00e4t beobachtet werden.  F\u00fcr eine zuf\u00e4llig orientierte Stichprobe ist die komplexe Suszeptibilit\u00e4t[2]  ist:\u03c7((\u03c9)=\u03c7sp+ich\u03c9\u03c4\u03c7b1+ich\u03c9\u03c4{ displaystyle  chi ( omega) = { frac { chi _ { text {sp}} + i  omega  tau  chi _ { text {b}}} {1 + i  omega  tau} }}wo\u03c92\u03c0{ textstyle { frac { omega} {2  pi}}}  ist die Frequenz des angelegten Feldes\u03c7sp=n\u03bc0\u03bc23kB.T.{ textstyle  chi _ { text {sp}} = { frac {n  mu _ {0}  mu ^ {2}} {3k _ { text {B}} T}}}  ist die Suszeptibilit\u00e4t im superparamagnetischen Zustand\u03c7b=n\u03bc0\u03bc23K.V.{ textstyle  chi _ { text {b}} = { frac {n  mu _ {0}  mu ^ {2}} {3KV}}}  ist die Anf\u00e4lligkeit im blockierten Zustand\u03c4=\u03c4N.2{ textstyle  tau = { frac { tau _ { text {N}}} {2}}}  ist die Entspannungszeit der MontageAus dieser frequenzabh\u00e4ngigen Suszeptibilit\u00e4t kann die Zeitabh\u00e4ngigkeit der Magnetisierung f\u00fcr Niederfelder abgeleitet werden:\u03c4dM.dt+M.=\u03c4\u03c7bdH.dt+\u03c7spH.{ displaystyle  tau { frac { mathrm {d} M} { mathrm {d} t}} + M =  tau  chi _ { text {b}} { frac { mathrm {d} H. } { mathrm {d} t}} +  chi _ { text {sp}} H}Messungen[edit]Ein superparamagnetisches System kann mit Wechselstrom-Suszeptibilit\u00e4tsmessungen gemessen werden, bei denen ein angelegtes Magnetfeld zeitlich variiert und die magnetische Reaktion des Systems gemessen wird.  Ein superparamagnetisches System zeigt eine charakteristische Frequenzabh\u00e4ngigkeit: Wenn die Frequenz viel h\u00f6her als 1 \/ \u03c4 istN.gibt es eine andere magnetische Antwort als wenn die Frequenz viel niedriger als 1 \/ \u03c4 istN., da im letzteren Fall, aber nicht im ersteren, die ferromagnetischen Cluster Zeit haben, auf das Feld zu reagieren, indem sie ihre Magnetisierung umdrehen.[3]  Die genaue Abh\u00e4ngigkeit kann aus der N\u00e9el-Arrhenius-Gleichung berechnet werden, wobei angenommen wird, dass sich die benachbarten Cluster unabh\u00e4ngig voneinander verhalten (wenn Cluster interagieren, wird ihr Verhalten komplizierter).  Es ist auch m\u00f6glich, magnetooptische Wechselstrom-Suszeptibilit\u00e4tsmessungen mit magnetooptisch aktiven superparamagnetischen Materialien wie Eisenoxid-Nanopartikeln im sichtbaren Wellenl\u00e4ngenbereich durchzuf\u00fchren.[4]Auswirkung auf Festplatten[edit]Der Superparamagnetismus begrenzt die Speicherdichte von Festplattenlaufwerken aufgrund der minimalen Partikelgr\u00f6\u00dfe, die verwendet werden kann.  Diese Grenze der Fl\u00e4chendichte ist bekannt als superparamagnetische Grenze.\u00c4ltere Festplattentechnologie verwendet L\u00e4ngsaufzeichnung.  Es hat eine gesch\u00e4tzte Grenze von 100 bis 200 Gbit \/ in2[5]Die derzeitige Festplattentechnologie verwendet die senkrechte Aufzeichnung.  Stand Juli 2020[update]  Laufwerke mit einer Dichte von ca. 1 Tbit \/ Zoll2 sind im Handel erh\u00e4ltlich[6].  Dies ist die Grenze f\u00fcr die konventionelle magnetische Aufzeichnung, die 1999 vorhergesagt wurde[7][8]Zuk\u00fcnftige Festplattentechnologien, die derzeit entwickelt werden, umfassen: w\u00e4rmeunterst\u00fctzte magnetische Aufzeichnung (HAMR) und mikrowellenunterst\u00fctzte magnetische Aufzeichnung (MAMR), die Materialien verwenden, die bei viel kleineren Gr\u00f6\u00dfen stabil sind[9].  Sie erfordern eine lokale Erw\u00e4rmung oder Mikrowellenanregung, bevor die magnetische Ausrichtung eines Bits ge\u00e4ndert werden kann.  Bitmuster-Aufzeichnung (BPR) vermeidet die Verwendung feink\u00f6rniger Medien und ist eine weitere M\u00f6glichkeit[10]  Dar\u00fcber hinaus wurden magnetische Aufzeichnungstechnologien vorgeschlagen, die auf topologischen Verzerrungen der Magnetisierung basieren und als Skyrmionen bekannt sind.[11]Anwendungen[edit]Allgemeine Anwendungen[edit]Biomedizinische Anwendungen[edit]Siehe auch[edit]Verweise[edit]Anmerkungen[edit]^ N\u00e9el, L. (1949). &#8220;Th\u00e9orie du tra\u00eenage magn\u00e9tique des ferromagn\u00e9tiques en K\u00f6rnerflossen mit Anwendungen aux terres cuites&#8221;. Ann.  G\u00e9ophys. 5: 99\u2013136.  (auf Franz\u00f6sisch; eine englische \u00dcbersetzung ist verf\u00fcgbar in Kurti, N., ed.  (1988). Ausgew\u00e4hlte Werke von Louis N\u00e9el.  Gordon und Breach.  S. 407\u2013427.  ISBN 978-2-88124-300-4.).^ Gittleman, JI;  Abeles, B.;  Bozowski, S. (1974). &#8220;Superparamagnetismus und Relaxationseffekte in k\u00f6rnigem Ni-SiO2 und Ni-Al2\u00d63 Filme&#8221;. K\u00f6rperliche \u00dcberpr\u00fcfung B.. 9 (9): 3891\u20133897.  Bibcode:1974PhRvB &#8230; 9.3891G.  doi:10.1103 \/ PhysRevB.9.3891.^ Martien, Dinesh. &#8220;Einf\u00fchrung in: AC-Anf\u00e4lligkeit&#8221; (PDF).  Quantendesign.  Abgerufen 15 Apr. 2017.^ Vandendriessche, Stefaan;  et al.  (2013). &#8220;Magnetooptische harmonische Suszeptometrie superparamagnetischer Materialien&#8221;. Angewandte Physik Briefe. 102 (16): 161903\u20135.  Bibcode:2013ApPhL.102p1903V.  doi:10.1063 \/ 1.4801837.^ Kryder, MH Magnetische Aufzeichnung jenseits der superparamagnetischen Grenze. Magnetics Conference, 2000. INTERMAG 2000 Digest of Technical Papers.  2000 IEEE International.  p.  575. doi:10.1109 \/ INTMAG.2000.872350.^ Computer History Museum: Die HDD-Fl\u00e4chendichte erreicht 1 Terabitper Quadratzoll^ R. Wood, &#8220;Die Machbarkeit der magnetischen Aufzeichnung bei 1 Terabit pro Quadratzoll&#8221;, IEEE Trans.  Magn.  36, Nr. 1, S. 36-42, Januar 2000^ &#8220;Hitachi erreicht den Meilenstein der Nanotechnologie f\u00fcr die Vervierfachung der Terabyte-Festplatte&#8221;  (Pressemitteilung).  Hitachi.  15. Oktober 2007.  Abgerufen 1 Sep. 2011.^ Y. Shiroishi et al., &#8220;Zuk\u00fcnftige Optionen f\u00fcr den Festplattenspeicher&#8221;, IEEE Trans.  Magn., Vol.  10, S. 3816-22, September 2009^ Murray, Matthew (2010-08-19). &#8220;Werden die Bit-Patterned-Laufwerke von Toshiba die Festplattenlandschaft ver\u00e4ndern?&#8221;. PC Magazin.  Abgerufen 21. August 2010.^ Fert, Albert;  Cros, Vincent;  Sampaio, Jo\u00e3o (01.03.2013). &#8220;Skyrmions auf der Strecke&#8221;. Natur Nanotechnologie. 8 (3): 152\u2013156.  Bibcode:2013NatNa &#8230; 8..152F.  doi:10.1038 \/ nnano.2013.29.  ISSN 1748-3387.  PMID 23459548.Quellen[edit]Externe Links[edit]     (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});after-content-x4"},{"@context":"http:\/\/schema.org\/","@type":"BreadcrumbList","itemListElement":[{"@type":"ListItem","position":1,"item":{"@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki12\/#breadcrumbitem","name":"Enzyklop\u00e4die"}},{"@type":"ListItem","position":2,"item":{"@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki12\/2020\/12\/27\/superparamagnetismus-wikipedia\/#breadcrumbitem","name":"Superparamagnetismus &#8211; Wikipedia"}}]}]