Ferromagnetic properties of pyrolytic nanocarbon

The work reported in this thesis is dedicated to irreversible magnetic properties in pyrolytic nanocarbon samples. Based on atomic force microscope images, the samples consist of carbon clusters with radius 30..120 nm. These are treated as single-domain nanoparticles. Magnetic hysteresis, field cooled, zero field cooled and thermoremanent magnetization measurements were performed using an RF SQUID magnetometer and ferromagnetic behaviour was observed. Analysis suggests that the ferromagnetic ordering is associated with defects in a thin surface layer, whose thickness is independent of particle size. Critical radius for single-domain particles, critical radius for coherent rotation, magnetic layer thickness, distance between elementary magnetic moments, saturation magnetization, exchange stiffness constant and anisotropy energy density are also presented.

Tässä diplomityössä käsitellään pyrolyyttisten nanohiilinäytteiden irreversiibeleitä magneettisia ominaisuuksia. Atomivoimamikroskooppikuvien perusteella näytteet muodostuvat hiiliklustereista, joiden säde on 30..120 nm. Näitä käsitellään yksialkeisalueisina nanopartikkeleina. Magneettinen hystereesi, kentässä jäähdytetty-, nollakentässä jäähdytetty- ja jäännösmagnetisaatiomittaukset suoritettiin RF SQUID magnetometrillä ja näytteissä havaittiin ferromagneettinen käyttäytyminen. Tulosten analysoinnin perusteella ferromagneettinen järjestäytyminen liittyy rakennevirheisiin ohuessa pintakerroksessa, jonka paksuus on riippumaton partikkelin koosta. Lisäksi esitetään kriittinen säde koherentille kääntymiselle, kriittinen säde yksialkeisaluepartikkeleille, magneettisen kerroksen paksuus, alkeismagneettimomenttien välimatka, saturaatiomagnetisaatio, exchange stiffness-vakio ja anisotropiaenergiatiheys