Influência da irradiação de prótons nas propriedades magnéticas de dois

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 14032 (2023) Citar este artigo

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A influência da irradiação de prótons de 1,9 MeV nas propriedades estruturais e magnéticas foi explorada no ferrimagnet de coordenação bidimensional (2D) NiSO4 (1,3-fenilenodiamina)2. A difração de raios X e a espectroscopia de infravermelho revelaram que os octaedros com íon Ni no centro permanecem inalterados, independentemente da fluência que a amostra recebeu. Em contraste, a irradiação de prótons influencia grandemente as ligações de hidrogênio nas partes flexíveis nas quais a 1,3-fenilenodiamina está envolvida. Medições magnéticas DC revelaram que várias propriedades magnéticas foram modificadas com a irradiação de prótons. A magnetização isotérmica medida em T = 2,0 K variou com a dose de prótons, alcançando um aumento de 50% na magnetização no campo medido mais alto µ0Hdc = 7 T ou uma diminuição de 25% na remanência. A mudança mais significativa foi observada para o campo coercitivo, que foi reduzido em 90% em comparação com a amostra não irradiada. Os resultados observados são explicados pelo aumento da liberdade de rotação dos momentos magnéticos e pela modificação dos acoplamentos de troca intracamada.

As recentes investigações intensivas no campo de materiais moleculares multifuncionais estão integralmente relacionadas à sua possível aplicação em tecnologia moderna, como armazenamento e processamento de dados de alta densidade1,2,3,4, refrigeração magnética5,6,7,8, ou opticamente ativos sensores e interruptores9,10. A ampla capacidade do magnetismo molecular emerge da variedade de estruturas disponíveis11,12 e da possibilidade de alterar suas propriedades com estímulos externos, incluindo temperatura, pressão13 e irradiação luminosa14. A irradiação de prótons é outra abordagem para ajustar as propriedades dos materiais por fatores externos. Atualmente é amplamente empregado nos estudos de alótropos de carbono15,16, semicondutores17, filmes18, supercondutores19 e ligas20 para projetar características de materiais de maneira controlável21,22,23,24. Sólidos irradiados com partículas energéticas são expostos a deposição de energia local de altíssima densidade que causa efeitos não lineares e de limiar . Como resultado, novos materiais com propriedades inovadoras podem ser obtidos.

Em particular, a irradiação iônica é usada para modificar as propriedades magnéticas. Os defeitos induzidos podem dar origem a resposta paramagnética em materiais não magnéticos quando a concentração do defeito excede um valor limite específico ou alterar as propriedades magnéticas de paramagnetos e sistemas com ordem magnética de longo alcance (LRMO), especialmente quando fortes magnetoestruturais correlações estão presentes. A irradiação pode aumentar a temperatura de Curie29,30,31 e impactar propriedades como campo coercitivo, saturação de magnetização, fator g e formato do loop de histerese magnética32,33,34. A irradiação de prótons pode gerar mudanças em nível atômico na área e profundidade selecionadas, ajustando a energia dos prótons, o que torna esta abordagem uma perspectiva para a engenharia controlada de materiais magnéticos .

Atualmente, não existem estudos sistemáticos sobre a resposta de materiais magnéticos moleculares à irradiação iônica. Para preencher esta lacuna, examinamos os efeitos da irradiação de prótons de 1,9 MeV nas propriedades magnéticas do polímero de coordenação NiSO4(1,3-fenilenodiamina)2, doravante abreviado como Ni(MPD)2SO4. Este ímã molecular revela um tamanho considerável do campo coercitivo e ordenação magnética de longo alcance abaixo de TC = 24 K. Difração de pó de raios X, espectroscopia infravermelha e medições magnéticas foram realizadas para investigar a influência da fluência de prótons ϕ = 5 × 1013– 2,2 × 1015 cm−2 nas propriedades estruturais e magnéticas. Embora mudanças estruturais tenham sido observadas apenas na parte do polímero relacionadas às ligações C – H e NH, a irradiação de prótons induziu modificações significativas nas propriedades magnéticas, especialmente no campo coercitivo, grau de irreversibilidade e magnetização máxima.