Влияние межчастичного взаимодействия в ансамбле неподвижных суперпарамагнитных феррочастиц на cтатические, магнитные и термодинамические свойства системы

Аннотация

Исследовано влияние межчастичного диполь-дипольного взаимодействия на статические, термодинамические и магнитные свойства ансамбля неподвижных суперпарамагнитных частиц, находящегося во внешнем магнитном поле. Релаксация магнитных моментов феррочастиц в модели происходила по неелевскому механизму. Направления осей лёгкого намагничивания всех частиц предполагались параллельными друг другу, но находились под углом к направлению действия внешнего магнитного поля. Ориентация осей описывалась с помощью полярного и азимутального углов. Потенциальная энергия изучаемой системы частиц включала в себя одночастичное диполь-осевое взаимодействие, одночастичное диполь-полевое взаимодействие и дальнодействующие межчастичные диполь-дипольные корреляции. Рассмотрены два варианта распределения феррочастиц по объёму цилиндрического контейнера: в узлах простой кубической решётки и случайным образом. Цилиндрическая модель изучена теоретически путём разложения свободной энергии Гельмгольца в классический вириальный ряд с точностью до второго вириального коэффициента. Для улучшения сходимости и упрощения вычислений предлагается использовать логарифмическое преобразование свободной энергии, поскольку итоговая функция в виде логарифма является гораздо менее чувствительной к ограничению числа слагаемых исследуемого ряда. С помощью этого подхода проведена оценка вклада диполь-дипольных взаимодействий в различные свойства исследуемой системы, в такие как начальная магнитная восприимчивость, статическая намагниченность и теплоёмкость. Для каждого параметра приводится графическая визуализация полученных результатов, позволяющая сравнить их при произвольном и кубическом распределении феррочастиц. Данное исследование предоставляет важную информацию, необходимую для разработки и синтеза новых магнитных материалов с контролируемыми свойствами.