Influenza dell'irradiazione protonica sulle proprietà magnetiche di due

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 14032 (2023) Citare questo articolo

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L'influenza dell'irradiazione protonica da 1,9 MeV sulle proprietà strutturali e magnetiche è stata esplorata nel ferrimagnete di coordinazione bidimensionale (2D) NiSO4 (1,3-fenilendiammina)2. La diffrazione dei raggi X su polvere e la spettroscopia IR hanno rivelato che gli ottaedri con lo ione Ni al centro rimangono invariati indipendentemente dalla fluenza ricevuta dal campione. Al contrario, l'irradiazione protonica influenza notevolmente i legami idrogeno nelle parti flessibili in cui è coinvolta la 1,3-fenilendiammina. Le misurazioni magnetiche in corrente continua hanno rivelato che diverse proprietà magnetiche venivano modificate con l'irradiazione di protoni. La magnetizzazione isotermica misurata a T = 2,0 K variava con la dose di protoni, ottenendo un aumento del 50% della magnetizzazione nel campo misurato più alto µ0Hdc = 7 T o una diminuzione del 25% della rimanenza. Il cambiamento più significativo è stato osservato per il campo coercitivo, che è stato ridotto del 90% rispetto al campione non irradiato. I risultati osservati tengono conto della maggiore libertà di rotazione dei momenti magnetici e della modifica degli accoppiamenti di scambio intrastrato.

Le recenti e approfondite ricerche nel campo dei materiali molecolari multifunzionali sono integralmente legate alla loro possibile applicazione nella tecnologia moderna, come l'archiviazione e l'elaborazione di dati ad alta densità1,2,3,4, la refrigerazione magnetica5,6,7,8 o otticamente attivi sensori e interruttori9,10. L'ampia capacità del magnetismo molecolare emerge dalla varietà di strutture disponibili11,12 e dalla possibilità di modificare le loro proprietà con stimoli esterni, tra cui temperatura, pressione13 e irradiazione luminosa14. L'irradiazione di protoni è un altro approccio per regolare le proprietà dei materiali mediante fattori esterni. Attualmente è ampiamente utilizzato negli studi sugli allotropi del carbonio15,16, sui semiconduttori17, sui film18, sui superconduttori19 e sulle leghe20 per progettare le caratteristiche dei materiali in modo controllabile21,22,23,24. I solidi irradiati con particelle energetiche sono esposti a deposizioni di energia locale ad altissima densità che causano effetti non lineari e di soglia25. Di conseguenza, è possibile ottenere nuovi materiali con nuove proprietà.

In particolare, l'irradiazione ionica viene utilizzata per modificare le proprietà magnetiche. I difetti indotti possono dar luogo a una risposta paramagnetica in materiali non magnetici quando la concentrazione del difetto supera uno specifico valore soglia26,27,28 o alterare le proprietà magnetiche di paramagneti e sistemi con ordine magnetico a lungo raggio (LRMO), soprattutto quando forti magnetostrutturali sono presenti correlazioni. L'irradiazione può aumentare la temperatura di Curie29,30,31 e influenzare proprietà come il campo coercitivo, la saturazione della magnetizzazione, il fattore g e la forma del circuito di isteresi magnetica32,33,34. L'irradiazione dei protoni può generare cambiamenti a livello atomico nell'area e nella profondità selezionate regolando l'energia dei protoni, il che rende questo approccio una prospettiva per l'ingegneria controllata di materiali magnetici29.

Attualmente non esistono studi sistematici sulla risposta dei materiali magnetici molecolari all'irradiazione ionica. Per colmare questa lacuna, abbiamo esaminato gli effetti dell'irradiazione di protoni da 1,9 MeV sulle proprietà magnetiche del polimero di coordinazione NiSO4(1,3-fenilendiammina)2, di seguito abbreviato come Ni(MPD)2SO4. Questo magnete molecolare rivela una dimensione considerevole del campo coercitivo e un ordinamento magnetico a lungo raggio inferiore a TC = 24 K. Sono state eseguite diffrazione di raggi X su polvere, spettroscopia infrarossa e misurazioni magnetiche per studiare l'influenza della fluenza protonica ϕ = 5 × 1013– 2,2 × 1015 cm−2 sulle proprietà strutturali e magnetiche. Sebbene i cambiamenti strutturali siano stati osservati solo all'interno della parte polimerica relativa ai legami C–H e N–H, l'irradiazione protonica ha indotto modifiche significative delle proprietà magnetiche, in particolare del campo coercitivo, del grado di irreversibilità e della massima magnetizzazione.