Известия Саратовского университета.

Новая серия. Серия Физика

ISSN 1817-3020 (Print)
ISSN 2542-193X (Online)

Для цитирования:

Амбаров А. В. Динамическая восприимчивость взаимодействующих суперпарамагнитных частиц в постоянном магнитном поле // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2022. Т. 22, вып. 2. С. 131-140. DOI: 10.18500/1817-3020-2022-22-2-131-140, EDN: USVZLL

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Опубликована онлайн: 
30.06.2022
Полный текст в формате PDF(Ru):
скачать
(загрузок: 268)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Физика конденсированного состояния вещества
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
538.955
DOI: 
10.18500/1817-3020-2022-22-2-131-140
EDN: 
USVZLL

Динамическая восприимчивость взаимодействующих суперпарамагнитных частиц в постоянном магнитном поле

Авторы: 
Амбаров Александр Васильевич, Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина
Аннотация: 

Теоретически исследуется динамический отклик ансамбля взаимодействующих суперпарамагнитных частиц, находящихся в постоянном и линейно поляризованном переменном магнитных полях. Предполагается, что релаксация магнитных моментов феррочастиц происходит по неелевскому механизму, оси легкого намагничивания всех частиц сонаправлены и параллельны постоянному магнитному полю. Рассмотрены два случая взаимной ориентации переменного и постоянного магнитных полей: параллельный и перпендикулярный. Вращательное движение магнитного момента случайной феррочастицы определяется из решения уравнения Фоккера – Планка – Брауна, в которое вводится дополнительное слагаемое, позволяющее учесть межчастичные диполь-дипольные взаимодействия на уровне модифицированной теории среднего поля первого порядка. Полученные аналитические решения для плотности вероятности ориентации магнитного момента случайной частицы используются для определения динамической восприимчивости. Исследуется спектр динамической восприимчивости в зависимости от напряженности постоянного поля, параметра магнито-кристаллографической анизотропии, восприимчивости Ланжевена ансамбля феррочастиц, взаимной ориентации переменного и постоянного магнитных полей.

Ключевые слова: 
динамическая восприимчивость
плотность вероятностей
уравнение Фоккера – Планка – Брауна
Благодарности: 
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 20-32-90209).
Список источников: 
  1. Benassi A. Dynamics of mobile interacting ferromagnetic films : Theory and numerical implementation // Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering. 2014. Vol. 22, iss. 2. Article number 025004. https://doi.org/10.1088/0965-0393%2F22%2F2%2F025004
  2. Novikau I., Sanchez P., Kantorovich S. The influence of an applied magnetic field on the self-assembly of magnetic nanogels // Journal of Molecular Liquids. 2020. Vol. 307. Article number 112902. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2020.112902
  3. Becker T., Bohm V. Chavez Vega J., Odenbach S., Raikher Y., Zimmermann K. Magnetic-field-controlled mechanical behavior of magneto-sensitive elastomers in applications for actuator and sensor systems // Archive of Applied Mechanics. 2019. Vol. 89. P. 133–152. https://doi.org/10.1007/S00419-018-1477-4
  4. Lopez-Lopez M. T., Rodriguez I. A., Rodriguez-Arco L., Carriel V., Bonhome-Espinosa A. B., Campos F., Zubarev A., Duran J. D. G. Synthesis, characterization and in vivo evaluation of biocompatible ferrogels // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2017. Vol. 431. P. 110–114. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2016.08.053
  5. Sanchez L. M., Alvarez V. A., Gonzalez J. S. Ferrogels : Smart materials for biomedical and remediation applications // Handbook of Composites from Renewable Materials / eds. V. K. Trakur, M. K. Trakur, M. R. Kessler. John Wiley & Sons, 2017. Vol. 8. Chapter 21. P. 561–579. https://doi.org/10.1002/9781119441632.ch168
  6. Borin D., Stepanov G., Mikhailov V., Gorbunov A. The damping device based on magnetoactive elastomer // Magnetohydrodynamics. 2007. Vol. 43, iss. 4. P. 437– 443. https://doi.org/10.22364/mhd
  7. Becker T. I., Raikher Y. L., Stolbov O. V., Bohm V., Zimmermann K. Dynamic properties of magneto-sensitive elastomer cantilevers as adaptive sensor elements // Smart Materials and Structures. 2017. Vol. 26, iss. 9. Article number 095035. https://doi.org/10.1088/1361-665X/aa75ec
  8. Martinet A. Biréfringence et dichroïsme linéaire des ferrofluides sous champ magnétique // Rheologica Acta. 1974. Vol. 13. P. 260–264. https://doi.org/10.1007/BF01520886
  9. Bentivegna F., Ferré J., Nývlt M., Jamet J. P., Imhoff D., Canva M., Brun A., Veillet P., Višňovský Š., Chaput F., Boilot J. Magnetically textured nanoparticles in a silica gel matrix : Structural and magnetic properties // Journal of Applied Physics. 1998. Vol. 83. P. 7776–7788. https://doi.org/10.1063/1.367952
  10. Becker T., Bohm V., Chavez J. Vega, Odenbach S., Raikher Y., Zimmermann K. Magnetic-field-controlled mechanical behavior of magneto-sensitive elastomers in applications for actuator and sensor systems // Archive of Applied Mechanics. 2019. Vol. 89. P. 133–152. https://doi.org/10.1007/s00419-018-1477-4
  11. Raikher Y. L., Shliomis M. I. The effective field method in the orientational kinetics of magnetic fluids // Adv. Chem. Phys. 1994. Vol. 87. P. 595–751. https://doi.org/10.1002/9780470141465.ch8
  12. Raikher Y. L., Stepanov V. I. Theory of magneto-inductive hyperthermia under a rotating field // AIP Conf. Proc. 2010. Vol. 1311. P. 298–304. https://doi.org/10.1063/1.3530030
  13. Lebedev A. V., Stepanov V. I., Kuznetsov A. A., Ivanov A. O., Pshenichnikov A. F. Dynamic susceptibility of a concentrated ferrofluid : The role of interparticle interactions // Physical Review E. 2019. Vol. 100, iss. 3. Article number 032605. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.100.032605
  14. Ivanov A. O., Zverev V. S.,Kantorovich S. S. Revealing the signature of dipolar interactions in dynamic spectra of polydisperse magnetic nanoparticles // Soft Matter. 2016. Vol. 12, iss. 15. P. 3507–3513. https://doi.org/10.1039/C5SM02679B
  15. Sindt J. O., Camp P. J., Kantorovich S. S., Elfimova E. A., Ivanov A. O. Influence of dipolar interactions on the magnetic susceptibility spectra of ferrofluids // Physical Review E. 2016. Vol. 93, iss. 6. Article number 063117. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.93.063117
  16. Zubarev A. Y., Iskakova L. Y., Abu-Bakr A. F. Magnetic hyperthermia in solid magnetic colloids // Physica A : Statistical Mechanics and its Applications. 2017. Vol. 467. P. 59–66. https://doi.org/10.1016/j.physa.2016.10.045
  17. Zubarev A. Magnetic hyperthermia in a system of ferromagnetic particles, frozen in a carrier medium : Effect of interparticle interactions // Physical Review E. 2018. Vol. 98, iss. 3. Article number 032610. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.98.032610
  18. Batrudinov T. M., Nekhoroshkova Y. E., Paramonov E. I., Zverev A. O., Elfimova E. A., Ivanov A. O., Camp P. J. Dynamic magnetic response of a ferrofluid in a static uniform magnetic field // Physical Review E. 2018. Vol. 98, iss. 5. Article number 052602. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.98.052602
  19. Ivanov A. O., Camp P. J. Theory of the dynamic magnetic susceptibility of ferrofluids // Physical Review E. 2018. Vol. 98, iss. 5. Article number 050602. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.98.050602
  20. Ambarov A. V., Zverev V. S., Elfimova E. A. Dynamic response of interacting superparamagnetic particles with aligned easy magnetization axes // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2020. Vol. 497. Article number 166010. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2019.166010
  21. Brown W. F. Thermal fluctuations of a single-domain particle // Physical Review. 1963. Vol. 130, iss. 5. P. 1677–1686. https://doi.org/10.1103/PhysRev.130.1677
  22. Ivanov A. O., Kantorovich S. S., Zverev V. S., Elfimova E. A., Lebedev A. V., Pshenichnikov A. F. Temperature-dependent dynamic correlations in suspensions of magnetic nanoparticles in a broad range of concentrations : A combined experimental and theoretical study // Phys. Chem. Chem. Phys. 2016. Vol. 18, iss. 27. P. 18342–18352. https://doi.org/10.1039/C6CP02793H
  23. Solovyova A. Yu., Elfimova E. A., Ivanov A. O. Magnetic properties of textured ferrocomposite consisting of immobilized superparamagnetic nanoparticles // Physical Review E. 2021. Vol. 104, iss. 6. Article number 064616. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.104.064616
Поступила в редакцию: 
12.09.2021
Принята к публикации: 
10.03.2022
Опубликована: 
30.06.2022
  • 821 просмотр