Controlling cooperative phenomena in nanomagnetic systems - New physics and its application

控制纳米磁系统中的协同现象——新物理及其应用

基本信息

  • 批准号:
    311888-2013
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.33万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2016
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2016-01-01 至 2017-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This research program will make possible the next generation of devices and applications based on controlled magnetism at the nanoscale by following three complementary themes. Firstly, my group will continue to pioneer discoveries into the physics of cooperative phenomena driving magnetism in macro-sized crystals made of nanoparticles. By using nature's inherent mechanisms to drive three-dimensional self-assembly of nanoparticles, the well known atom's magnetism is enhanced by ten-thousand-fold in nanoparticles. Our work investigates the unique properties of magnetic nanoparticles forming different crystal structure environments. Magnetic ordering from interactions between atoms in a crystal is a well understood phenomenon. By contrast, amongst nanoparticles in a structurally ordered configuration, the magnetism is largely unexplored. Secondly, my group will research how to recapture the magnetism lost due to finite size and surface effects - especially prevalent amongst iron-oxide and ferrite-based nanoparticles that are the basis of a large amount of applied physics. Surface magnetism is disordered and this frustrates a nanoparticle from achieving its maximal magnetization. We are discovering ways of control via tuning quantum confinement effects and identifying the physics of the cooperative phenomena that surface and core atomic moments undergo. Short term benefits include using nanoparticles as vehicles optimized for drug delivery, MRI magnetic contrast agents and improved magnetic hyperthermia. Thirdly, my group is investigating ferromagnetism and antiferromagnetism (the two fundamental forms of cooperative phenomena at the atomic-scale) and how they interact at the limit of today's technology and beyond. Proximity effects and parts with compositional and structural constrictions dominate the physics of the magnetism at the nanoscale. By considering ways to control magnetic properties like anisotropy and domain configuration, we will acquire a better understanding of relevant devices such as hard-drive read/write heads and spin-valves used in 'spintronic'-based devices.
该研究计划将通过以下三个互补的主题,使基于纳米级可控磁性的下一代设备和应用成为可能。首先,我的小组将继续在纳米颗粒大尺寸晶体中驱动磁性的合作现象的物理学方面进行开创性的发现。利用自然界固有的机制来驱动纳米粒子的三维自组装,众所周知的原子磁性在纳米粒子中被增强了一万倍。我们的工作研究了形成不同晶体结构环境的磁性纳米颗粒的独特性质。晶体中原子间相互作用产生的磁有序是一种众所周知的现象。相比之下,在结构有序的纳米粒子中,磁性在很大程度上是未知的。其次,我的小组将研究如何重新获得由于有限尺寸和表面效应而失去的磁性-特别是在氧化铁和铁氧体基纳米颗粒中普遍存在,这是大量应用物理的基础。表面磁性是无序的,这阻碍了纳米粒子达到最大的磁化强度。我们正在探索通过调整量子限制效应来控制的方法,并确定表面和核心原子矩所经历的合作现象的物理学。短期效益包括使用纳米颗粒作为优化的药物递送载体、MRI磁性造影剂和改进的磁热疗。第三,我的小组正在研究铁磁性和反铁磁性(原子尺度上合作现象的两种基本形式),以及它们在当今技术极限和超越极限下如何相互作用。在纳米尺度上,邻近效应和部件的成分和结构收缩主导着磁性的物理性质。通过考虑控制磁特性的方法,如各向异性和域配置,我们将更好地了解相关设备,如硬盘读写头和自旋阀,用于“自旋电子”为基础的设备。

项目成果

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vanLierop, Johan其他文献

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