Monte Carlo study of the finite-size effects on the magnetization of maghemite small particles

Monte Carlo simulations of a model for gamma-Fe2O3 (maghemite) single particle of spherical shape are presented aiming at the elucidation of the specific role played by the finite size and the surface on the anomalous magnetic behavior observed in small particle systems at low temperature. The influence of the finite-size effects on the equilibrium properties of extensive magnitudes, field coolings, and hysteresis loops is studied and compared to the results for periodic boundaries. It is shown that for the smallest sizes the thermal demagnetization of the surface completely dominates the magnetization while the behavior of the core is similar to that of the periodic boundary case, independently of D. The change in shape of the hysteresis loops with D demonstrates that the reversal mode is strongly influenced by the presence of broken links and disorder at the surface

Systematic study of the temperature dependence of the saturation magnetization in Fe, Fe-Ni and Co-based amorphous alloys

Magnetization versus temperature in the temperature interval 2-200 K was measured for amorphous alloys of three different compositions: Fe 81.5B14.5Si4, Fe40Ni38 Mo4B18, and Co70Fe5Ni 2Mo3B5Si15. The measurements were performed by means of a SQUID (superconducting quantum interference device) magnetometer. The aim was to extract information about the different mechanisms contributing to thermal demagnetization. A powerful data analysis technique based on successive minimization procedures has demonstrated that Stoner excitations of the strong ferromagnetic type play a significant role in the Fe-Ni alloy studied. The Fe-rich and Co-rich alloys do not show a measurable contribution from single-particle excitations.

Dynamic simulation studies of structural formation and transition in electro-magneto-rheological fluids

The computer simulation method has been used to study the structural formation and transition of electro-magneto-rheological (EMR) fluids under compatible electric and magnetic fields. When the fields are applied simultaneously and perpendicularly to each other, the particles rapidly arrange into two-dimensional close-packed layer structures parallel to both fields. The layers then combine together to form thicker sheet-like structures, which finally relax into three-dimensional close-packed structures with the help of the thermal fluctuations. On the other hand, if the electric field is applied firstly to induce the body-centered tetragonal (BCT) columns in the system, and then the magnetic field is applied in the perpendicular direction. the BCT to face-centered cubic (FCC) structure transition is observed in very short time. Following that. the structure keeps on evolving due to the demagnetization effect and finally form the three-dimensional close-packed structures.

Simulation of field-induced structural formation and transition in electromagnetorheological suspensions

A computer simulation method has been used to study the three-dimensional structural formation and transition of eleetromagnetorheological (EMR) suspensions under compatible electric and magnetic fields. When the fields are applied simultaneously and perpendicularly to each other, the particles rapidly arrange into single layer structures parallel to both fields. In each layer, there is a two-dimensional hexagonal lattice. The single layers then combine together to form thicker sheetlike structures. With the help of the thermal fluctuations, the thicker structures relax into three-dimensional close-packed structures, which may be face-centered cubic (fcc), hexagonal close-packed (hup) lattices, or, more probably, the mixture of them, depending on the initial configurations and the thermal fluctuations. On the other hand, if the electric field is applied first to induce the body-centered tetragonal (bct) columns in the system, and then the magnetic field is applied in the perpendicular direction, the bet to fee structure transition is observed in a very short time. Following that, the structure keeps on evolving due to the demagnetization effect and finally forms close-packed structures with fee and hcp lattice character. The simulation results are in agreement with the theoretical and experimental results.

Palaeomagnetism, rock magnetism and AMS of the Cabo Magmatic Province, NE Brazil, and the opening of South Atlantic

P>Reconstruction of the South Atlantic opening has long been a matter of debate and several models have been proposed. One problem in tracing properly the Atlantic history arises from the existence of a long interval without geomagnetic reversals, the Cretaceous Normal Superchron, for which ages are difficult to assign. Palaeomagnetism may help in addressing this issue if high-quality palaeomagnetic poles are available for the two drifting continental blocks, and if precise absolute ages are available. In this work we have investigated the Cabo Magmatic Province, northeastern Brazil, recently dated at 102 +/- 1 Ma (zircon fission tracks, Ar39/Ar40). All volcanic and plutonic rocks showed stable thermal and AF demagnetization patterns, and exhibit primary magnetic signatures. AMS data also support a primary origin for the magnetic fabric and is interpreted to be contemporaneous of the rock formation. The obtained pole is located at 335.9 degrees E/87.9 degrees S (N = 24; A(95) = 2.5; K = 138) and satisfies modern quality criteria, resulting in a reference pole for South America at similar to 100 Ma. This new pole also gives an insight to test and discuss the kinematic models currently proposed for the South Atlantic opening during mid-Cretaceous.

Columbia revisited: Paleomagnetic results from the 1790 Ma colider volcanics (SW Amazonian Craton, Brazil)

In an attempt to improve our understanding of the Paleoproterozoic geodynamic evolution, a paleomagnetic study was performed on 10 sites of acid volcanic rocks of the Colider Suite, southwestern Amazonian Craton. These rocks have a well-dated zircon U-Pb mean age of 1789 +/- 7 Ma. Alternating field and thermal demagnetization revealed northern (southern) directions with moderate to high upward (downward) inclinations. Rock magnetism experiments and magnetic mineralogy show that this characteristic magnetization is carried by Ti-poor magnetite or by hematite that replaces magnetite by late-magmatic cleuteric alteration. Both magnetite and hematite carry the same characteristic component. The mean direction (Dm = 183.0 degrees, Im = 53.5 degrees, N = 10, alpha(95) = 9.8 degrees, K = 25.2) yielded a paleomagnetic pole located at 298.8 degrees E, 63.3 degrees S (alpha(95) = 10.2 degrees, K = 23.6), which is classified with a quality factor Q = 5. Paleogeographic reconstructions using this pole and other reliable Paleoproterozoic poles suggest that Laurentia, Baltica, North China Craton and Amazonian Craton were located in laterally contiguous positions forming a large continental mass at 1790 Ma ago. This is reinforced by geological evidence which support the existence of the supercontinent Columbia in Paleoproterozoic times. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Characterizing magnetic interactions in Ni nanowires by FORC analysis

Polycrystalline Ni nanowires with different diameters were electrodeposited in nanoporous anodized alumina membranes. First-Order Reversal Curves (FORCs) were measured and FORC distributions were calculated. They clearly showed an asymmetric behavior with a strong maximum at negative interaction fields, evidencing the dominant demagnetizing interactions which depend on the geometry of the nanowires. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Tectonic implications of a paleomagnetic study of the Sarmiento Ophiolitic Complex, southern Chile

A paleomagnetic study was carried out on the Late Jurassic Sarmiento Ophiolitic Complex (SOC) exposed in the Magallanes fold and thrust belt in the southern Patagonian Andes (southern Chile). This complex, mainly consisting of a thick succession of pillow-lavas, sheeted dikes and gabbros, is a seafloor remnant of the Late Jurassic to Early Cretaceous Rocas Verdes basin that developed along the south-western margin of South America. Stepwise thermal and alternating field demagnetization permitted the isolation of a post-folding characteristic remanence, apparently carried by fine grain (SD?) magnetite, both in the pillow-lavas and dikes. The mean ""in situ"" direction for the SOC is Dec: 286.9 degrees, Inc: -58.5 degrees, alpha-95: 6.9 degrees, N: 11 (sites). Rock magnetic properties, petrography and whole-rock K-Ar ages in the same rocks are interpreted as evidence of correlation between remanence acquisition and a greenschist facies metamorphic overprint that must have occurred during latest stages or after closure and tectonic inversion of the basin in the Late Cretaceous. The mean remanence direction is anomalous relative to the expected Late Cretaceous direction from stable South America. Particularly, a declination anomaly over 50 degrees is suggestively similar to paleomagnetically interpreted counter clockwise rotations found in thrust slices of the Jurassic El Quemado Fm. located over 100 km north of the study area in Argentina. Nevertheless, a significant ccw rotation of the whole SOC is difficult to reconcile with geologic evidence and paleogeographic models that suggest a narrow back-arc basin sub-parallel to the continental margin. A rigid-body 30 degrees westward tilting of the SOC block around a horizontal axis trending NNW, is considered a much simpler explanation, being consistent with geologic evidence. This may have occurred as a consequence of inverse reactivation of old normal faults, which limit both the SOC exposures and the Cordillera Sarmiento to the East. The age of tilting is unknown but it must postdate remanence acquisition in the Late Cretaceous. Two major orogenic events of the southern Patagonian Andes, in the Eocene (ca. 42 Ma) and Middle Miocene (ca. 12 Ma), respectively, could have caused the proposed tilting. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Síntese e caracterização de ferritas de níquel dopadas com cobalto e efeito da substituição nas suas propriedades magnéticas

The ferrite composition Ni1 - xCoxFe2O4 (0 ≤ x ≤ 0.75) were obtained by the method of microwave assisted synthesis and had their structural and magnetic properties evaluated due to the effect of the substitution of Ni by Co. The compounds were prepared: according to the concept of chemical propellants and heated in the microwave oven with power 7000kw. The synthesized material was characterized by absorption spectroscopy in the infrared (FTIR), Xray diffraction (XRD) using the Rietveld refinement, specific surface area (BET) , scanning electron microscopy (SEM) with aid of energy dispersive analysis (EDS) and magnetic measurements (MAV). The results obtained from these techniques confirmed the feasibility of the method of synthesis employed to obtain the desired spinel structure, the ferrite, nickel ferrite as for nickel doped with cobalt. The results from XRD refinement ally showed the formation of secondary phases concerning stages α - Fe2O3, FeO, (FeCo)O e Ni0. On the other hand, there is an increase in crystallite size with the increase of cobalt in systems, resulting in an increased crystallinity. The results showed that the BET systems showed a reduction in specific surface area with the increase of cobalt and from the SEM, the formation of irregular porous blocks and that the concentration of cobalt decreased the agglomerative state of the system. The magnetic ferrites studied showed different characteristics according to the amount of dopant used, ranging from a very soft magnetic material (easy magnetization and demagnetization ) - for the system without cobalt - a magnetic material with a little stiffer behavior - for systems containing cobalt. The values of the coercive field increased with the increasing growth of cobalt, and the values of saturation magnetization and remanence increased up to x = 0,25 and then reduced. The different magnetic characteristics presented by the systems according to the amount of dopant used, allows the use of these materials as intermediates magnetic

Estudo de filmes supercondutores de espessura finita em forma de SQUID

Pós-graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais - FC

Paleomagnetismo de rochas vulvânicas do Nordeste do Brasil e a época da abertura do Oceano Atlântico Sul

Na primeira parte deste trabalho foram desenvolvidos estudos de magnetismo de rochas e paleomagnetismo em amostras de rochas vulcânicas do Nordeste brasileiro. As idades das amostras compreende os períodos Jurássico e Cretáceo. Com este objetivo foram amostradas quatro áreas tendo sido estudado um total de 496 amostras em 55 sítios. Para a coleta foi utilizada uma perfuradora portátil que extrai amostras de 2.5 cm de diâmetro. A orientação das amostras foi feita por meio de uma bússola magnética e de um clinômetro. Os espécimes foram submetidos a desmagnetizações por campo magnético alternado e em alguns poucos casos foi empregada a desmagnetização térmica. Atribuindo-se peso unitário a cada sítio foi determinada a direção média da magnetização remanescente característica de cada uma das áreas estudadas. As rochas vulcânicas do período Jurássico, localizadas na borda oeste da Bacia do Maranhão (Porto Franco-Estreito), apresentaram uma direção media em que D= 3.9°, I= -17.9° com α₉₅= 9.3°, k= 17.9, N= 15 e todos os sítios apresentaram polaridade normal. Para esta área foi determinado o polo paleomagnético de coordenadas 85.3°N, 82.5°E (A₉₅= 6.9º) que se localiza próximo a outros polos paleomagnéticos conhecidos para esse período. As rochas da borda leste da Bacia do Maranhão (Teresina-Picos-Floriano) de idade cretácica inferior apresentaram uma direção média de magnetização remanescente característica tal que D= 174.7°, I= +6.0º com α₉₅= 2.8º, k= 122, N= 21 e todos os sítios apresentaram polaridade reversa. O polo paleomagnético associado a elas apresentou por coordenadas 83.6°N, 261.0°E (A₉₅=1.9°) e mostrou concordância com outros polos sul americanos de mesma idade. No Rio Grande do Norte foi estudado um enxame de diques toleíticos também de idade cretácica inferior, cuja direção média da magnetização remanescente característica encontrada foi D= 186.6º, I= +20.6º com α₉₅= 14.0° e k= 12.9, N= 10. Os sítios desta área apresentaram magnetizações com polaridades normal a reversa. O polo paleomagnético obtido se localiza em 80.6°N e 94.8°E com A₉₅= 9.5°. O estudo das rochas vulcânicas da província magnética do Cabo de Santo Agostinho indicou para a região um valor de D= 0.4º, I= -20.6º com α₉₅= 4.8° e k= 114, N= 9 para a magnetização remanescente característica. Todos os sítios apresentaram polaridade normal e o polo paleomagnético determinado apresentou as seguintes coordenadas: 87.6ºN, 135ºE com A₉₅= 4.5º. Foi discutida a eliminação da variação secular das direções obtidas, de forma que cada polo apresentado nesta dissertação é verdadeiramente um polo paleomagnético. A análise dos minerais magnéticos portadores da remanência, efetuada por curvas termomagnéticas ou por difração de Raio-X, indicou na maior parte das ocorrências, a presença de titanomagnetita pobre em titânio. A presença de maguemita e algumas vezes hematita, na maior parte das vezes resultado de intemperismo, não anulou a magnetização termoremanente associada à época de formação da rocha, que foi determinada após a aplicação de técnicas de desmagnetização aos espécimes. Pelas curvas termomagnéticas obteve-se, para a maioria das amostras, uma temperatura de Curie entre 500 e 600ºC. Os casos mais freqüentes indicaram a ocorrência de titanomagnetita exsolvida, em que foram observadas a presença de uma fase próxima à magnetita e outra fase rica em titânio, próxima à ilmenita, resultado de oxidação de alta temperatura. A segunda parte do trabalho diz respeito à determinação da época de abertura do oceano Atlântico Sul por meio de dados paleomagnéticos. Entretanto ao invés de se utilizar o procedimento comumente encontrado na literatura, e que se baseia nas curvas de deriva polar aparente de cada continente, foi aplicado um teste estatístico que avalia a probabilidade de determinada posição relativa entre os continentes ser válida ou não, para determinado período em estudo. Assim foi aplicado um teste F a polos paleomagnéticos da África e da América do Sul, dos períodos Triássico, Jurássico, Cretáceo Inferior e Cretáceo Médio-Superior, tendo sido estudadas situações que reconstituem a posição pré-deriva dos continentes e configurações que simulem um afastamento entre eles. Os resultados dos testes estatísticos indicaram, dentro de uma probabilidade de erro de menos de 5%, que a configuração pré-deriva de Martin et al (1981) é compatível com os dados paleomagnéticos do Triássico, mas apresenta uma diferença significativa para os paleopolos de Jurássico, Cretáceo Inferior, Cretáceo Médio-Superior. Outras reconstruções pré-deriva testadas apresentaram o mesmo resultado. A comparação entre os polos paleomagnéticos da América do Sul e da África, segundo uma reconstrução que admite uma pequena abertura entre os continentes, como a proposta por Sclater et al (1977) para 110 m.a. atrás, indicou que os dados do Triássico não são compatíveis com este afastamento. Por outro lado os paleopolos do Jurássico e do Cretáceo Inferior, embora mais antigos que a data sugerida pela reconstrução, são consistentes com esta separação dentro de uma probabilidade de erro de menos de 5%. Os dados do Cretáceo Médio-Superior se mostraram consistentes com a reconstrução sugerida para 80 m.a. atrás por Francheteau (1973) e que propõe uma separação maior entre os continentes. Com base na premissa de deslocamentos de blocos continentais rígidos a análise dos resultados obtidos indicou que América do Sul e África estavam unidas por suas margens continentais opostas no período Triássico e que uma pequena separação entre estes continentes, provavelmente devida a uma rutura inicial, ocorreu no Jurássico e se manteve, então, aproximadamente estacionária até o início do Cretáceo Inferior. Esta conclusão difere da maior parte dos trabalhos que discutem a abertura do oceano Atlântico Sul. Os dados do Cretáceo Médio-Superior são compatíveis com um afastamento rápido e significativo entre os continentes naquele período.

Aspectos fundamentais das medidas e interpretação de registros paleomagnéticos em rochas sedimentares da Formação Longá-Bacia do Parnaíba

Considerando que o número de dados paleomagnéticos para o Paleozóico Superior, principalmente Devoniano da América do Sul, é ainda insuficiente não permitindo que uma Curva de Deriva Polar confiável possa ser construída, foram amostrados 43 níveis estratigráficos da Formação Longá, os quais foram estudados paleomagneticamente com o propósito de contribuir para que uma Curva mais confiável possa ser construída. A amostragem foi feita segundo o método dos blocos ao longo dos perfis Teresina, Barras, Batalha, na rodovia PI-13 e Floriano, Nazaré do Piauí, Oeiras nas rodovias PI-24 e BR-230, no estado do Piauí. Os tratamentos foram iniciados no laboratório de Paleomagnetismo do IAG-USP e complementados no do NCGG-UFPa. Utilizou-se as técnicas de desmagnetização progressiva por campos alternados até 700 e/ou temperaturas até 670-700ºC. A interpretação dos resultados foi feita por meio dos diagramas vetoriais de Zijderveld, pelas curvas J-T/C de variação da intensidade magnética com os campos ou temperaturas, e pelos gráficos de variação na direção do vetor magnetização. Os cálculos de direção média e polos foram feitos segundo a Estatística de Fisher (1953). Foram identificadas 4 direções de magnetização remanente: 1. Uma secundária de origem química (CRM) e polaridade reversa, cujo mineral responsável é a hematita produzida provavelmente por alteração deutérica a partir da magnetita. Esta magnetização (identificada pela letra B) quando datada paleomagneticamente (coordenadas do polo 80ºS, 3°E, A₉₅ = 13.6°) indicou idade correspondente ao intervalo Carbonífero-Permiano. 2. Uma componente isotérmica (IRM) dura de espectro totalmente superposto à magnetização inicial que não foi afetada por nenhum dos tratamentos. Esta magnetização foi denominada D e apresentou direção muito estável em torno do ponto de declinação = 234.23º e inclinação = 41.94º. 3. Um grupo de direções de magnetização de origem viscosa (VRM) moles, identificados pela letra C, cuja direção média é dada por: declinação = 15º e inclinação = -20º. Foram removidas a temperatura entre 300 – 600ºC. 4. Finalmente uma magnetização principal, de polaridade normal, denominada A, provavelmente de origem detrítica (DRM) cujo correspondente polo paleomagnético (de coordenadas: 48ºS, 331.7ºE; A₉₅ = 9.9º) mostrou-se compatível com a idade da Formação (Devoniano Superior). Esta magnetização foi considerada inicial. Os polos paleomagnéticos correspondentes às magnetizações A e B, juntamente com outros da América do Sul, foram rotacionados para a África segundo a configuração pré-deriva de Smith e Hallam (1970) e comparados a polos Africanos e Australianos de mesma idade, mostrando-se coerentes. Suas polaridades também estão em acordo com as escalas magnetoestratigráficas publicadas por Irving e Pullaiah (1976) e Khramov e Rodionov (1981).

Estudo do comportamento das feições lineares observado em dados aeromagnéticos da Bacia do Paraná

O processamento dos dados aeromagnéticos em imagens revelou-se como um bom método de interpretação, que aqui denominamos de método das imagens sombreadas. A aplicação deste método foi feita em dados aeromagnéticos de uma área da Bacia do Paraná, com o objetivo de realçar os lineamentos que não são evidentes nos mapas de contorno. Para subsidiar os nossos estudos, utilizamos imagens de LANDSAT porque muitos lineamentos presentes na bacia não possuem resposta ao levantamento aeromagnético. Com a integração destas duas imagens definimos duas direções dominantes para os lineamentos nos seguintes intervalos: N40° — 60°W e N40° — 65°E. Com a definição deste padrão, obtivemos informações do arcabouço estrutural e, consequentemente, uma idéia da evolução tectônica da bacia. A outra parte desenvolvida neste trabalho foi o cálculo do vetor de magnetização total nos principais lineamentos da bacia, e eles apresentaram um total de 5 inclinações de magnetização diferentes. Essas inclinações foram explicadas pela superposição do efeito da magnetização induzida, efeito de reversão do campo geomagnético, e o efeito da magnetização anisotrópica causada pela desmagnetização nos diques.

The 1420 Ma Indiavai Mafic Intrusion (SW Amazonian Craton): Paleomagnetic results and implications for the Columbia supercontinent

The configuration and the timing of assembly and break-up of Columbia are still matter of debate. In order to improve our knowledge about the Mesoproterozoic evolution of Columbia, a paleomagnetic study was carried out on the 1420 Ma Indiavai mafic intrusive rocks that crosscut the polycyclic Proterozoic basement of the SW Amazonian Craton, in southwestern Mato Grosso State (Brazil). Alternating field and thermal demagnetization revealed south/southwest ChRM directions with downward inclinations for sixteen analyzed sites. These directions are probably carried by SD/PSD magnetite with high coercivities and high unblocking temperatures as indicated by additional rock magnetic tests, including thermomagnetic data, hysteresis data and the progressive acquisition of isothermal remanent magnetization. Different stable magnetization components isolated in host rocks from the basement 10 km NW away to the Indiavai intrusion, further support the primary origin of the ChRM. A mean of the site mean directions was calculated at Dm = 209.8 degrees, Im = 50.7 degrees (alpha(95) = 8.0 degrees, K = 22.1), which yielded a paleomagnetic pole located at 249.7 degrees E, 57.0 degrees S (A(95) = 8.6 degrees). The similarity of this pole with the recently published 1420 Ma pole from the Nova Guarita dykes in northern Mato Grosso State suggests a similar tectonic framework for these two sites located 600 km apart, implying the bulk rigidity of the Rondonian-San Ignacio crust at that time. Furthermore these data provide new insights on the tectonic significance of the 1100-1000 Ma Nova Brasilandia belt-a major EW feature that cuts across the basement rocks of this province, which can now be interpreted as intracratonic, in contrast to previous interpretation. From a global perspective, a new Mesoproterozoic paleogeography of Columbia has been proposed based on comparison of these 1420 Ma poles and a 1780 Ma pole from Amazonia with other paleomagnetic poles of similar age from Baltica and Laurentia, a reconstruction in agreement with geological correlations. (C) 2012 International Association for Gondwana Research. Published by Elsevier B.V. All rights reserved.

Two-Phase Frictional Pressure Drop and Flow Boiling Heat Transfer for R245fa in a 2.32-mm Tube

Experimental two-phase frictional pressure drop and flow boiling heat transfer results are presented for a horizontal 2.32-mm ID stainless-steel tube using R245fa as working fluid. The frictional pressure drop data was obtained under adiabatic and diabatic conditions. Experiments were performed for mass velocities ranging from 100 to 700 kg m−2 s−1 , heat flux from 0 to 55 kW m−2 , exit saturation temperatures of 31 and 41◦C, and vapor qualities from 0.10 to 0.99. Pressures drop gradients and heat transfer coefficients ranging from 1 to 70 kPa m−1 and from 1 to 7 kW m−2 K−1 were measured. It was found that the heat transfer coefficient is a strong function of the heat flux, mass velocity, and vapor quality. Five frictional pressure drop predictive methods were compared against the experimental database. The Cioncolini et al. (2009) method was found to work the best. Six flow boiling heat transfer predictive methods were also compared against the present database. Liu and Winterton (1991), Zhang et al. (2004), and Saitoh et al. (2007) were ranked as the best methods. They predicted the experimental flow boiling heat transfer data with an average error around 19%.