Изучение суперпарамагнетизма ультрамалых наночастиц $\epsilon$-Fe$_2$O$_3$ методом мессбауэровской спектроскопии

Проведено исследование суперпарамагнетизма наночастиц $\epsilon$-Fe$_2$O$_3$ методом мессбауэровской спектроскопии. Образец для исследований представлял собой ансамбль частиц со средним размером 3.9 нм, диспергированных в матрице ксерогеля SiO$_2$. Показано, что при комнатной температуре бóльшая часть наночастиц находится в суперпарамагнитном (разблокированном) состоянии. При понижении температуры происходит прогрессирующая блокировка магнитных моментов частиц, что проявляется в мессбауэровских спектрах как трансформация квадрупольного дублета в зеемановский секстет. Анализ относительной интенсивности суперпарамагнитной (квадрупольный дублет) и магнитно расщепленной (секстеты) составляющих спектров в диапазоне 4–300 K позволил найти распределение частиц по размерам, которое согласуется с данными просвечивающей электронной микроскопии. Определены значения эффективных констант магнитной анизотропии ($K_{\mathrm{eff}}$), а также оценен вклад поверхностной анизотропии ($K_{S}$) для частиц различных размеров. Показано, что величина $K_{\mathrm{eff}}$ обратно пропорциональна размеру частиц, что указывает на существенный вклад поверхности в магнитное состояние наночастиц $\epsilon$-Fe$_2$O$_3$ с размером в несколько нанометров.