Surface and Interface Effects on Magnetic Nano-shells

Abstract Comprendere come i fenomeni di superficie e di interfaccia influenzino il comportamento magnetico delle strutture su scala nanometrica è fondamentale per lo sviluppo di dispositivi magnetici e multifunzionali di nuova generazione. In questa tesi, cerco di chiarire il ruolo della superficie e dell’interfaccia sulle proprietà magnetiche di eterostrutture basate su Fe3O4 con morfologia controllata, incluse eterostrutture ibride Au/Fe3O4 e nanoshell cave basate su Fe3O4 (sistemi shell/shell Fe3O4/NiO e Fe3O4/MnO). Attraverso una combinazione di sintesi chimica, microscopia elettronica a trasmissione e caratterizzazione magnetica, spiego i meccanismi tramite i quali le interazioni interfacciali e il disordine degli spin superficiali governano le loro proprietà magnetiche. La prima parte del lavoro si concentra sulla sintesi seed-mediated di eterostrutture ibride Au/Fe3O4. Particolare attenzione è dedicata all’ottimizzazione dei semi di nanoparticelle di Au in termini di dispersione dimensionale, cristallinità e stabilità colloidale, consentendo una nucleazione eterogenea controllata di Fe3O4. Variando sistematicamente i parametri sperimentali, come i rapporti tra i precursori, il volume e il tipo di solvente, sono state ottenute diverse morfologie di eterostruttura, incluse quelle di tipo dumbbell e satellite. Le misure magnetiche rivelano come la morfologia e quindi l’interfaccia delle eterostrutture ibride Au/Fe3O4 influenzino la magnetizzazione dipendente dal campo e dalla temperatura di queste particelle. La seconda parte indaga le proprietà magnetiche di strutture cave shell/shell di Fe3O4, in particolare eterostrutture Fe3O4/NiO e Fe3O4/MnO, preparate tramite effetto Kirkendall. La presenza di superfici interne ed esterne aumenta drasticamente il disordine degli spin superficiali e l’anisotropia efficace, mentre l’accoppiamento con shell di monossidi antiferromagnetici può influenzare le loro configurazioni di spin. Questi sistemi dimostrano come la morfologia cava e l’ingegneria delle interfacce possano essere combinate per modulare le proprietà magnetiche in architetture nanometriche confinate. Nel complesso, questa tesi evidenzia come il controllo delle interfacce e del disordine superficiale attraverso la morfologia fornisca potenti strumenti per modulare il comportamento magnetico nelle nanostrutture basate su ferriti. I risultati ottenuti contribuiscono alla comprensione fondamentale del magnetismo su scala nanometrica e supportano la progettazione di materiali funzionali per applicazioni in numerosi campi, tra cui sensoristica, energia, biomedicina e catalisi, tra gli altri.