Robust isothermal electric control of exchange bias at room temperature

Voltage-controlled spin electronics is crucial for continued progress in information technology. It aims at reduced power consumption, increased integration density and enhanced functionality where non-volatile memory is combined with highspeed logical processing. Promising spintronic device concepts use the electric control of interface and surface magnetization. From the combination of magnetometry, spin-polarized photoemission spectroscopy, symmetry arguments and first-principles calculations, we show that the (0001) surface of magnetoelectric Cr2O3 has a roughness-insensitive, electrically switchable magnetization. Using a ferromagnetic Pd/Co multilayer deposited on the (0001) surface of a Cr2O3 single crystal, we achieve reversible, room-temperature isothermal switching of the exchange-bias field between positive and negative values by reversing the electric field while maintaining a permanent magnetic field. This effect reflects the switching of the bulk antiferromagnetic domain state and the interface magnetization coupled to it. The switchable exchange bias sets in exactly at the bulk Néel temperature.

Magnetic hyperthermia investigation of cobalt ferrite nanoparticles: Comparison between experiment, linear response theory, and dynamic hysteresis simulations

Considerable effort has been made in recent years to optimize materials properties for magnetic hyperthermia applications. However, due to the complexity of the problem, several aspects pertaining to the combined influence of the different parameters involved still remain unclear. In this paper, we discuss in detail the role of the magnetic anisotropy on the specific absorption rate of cobalt-ferrite nanoparticles with diameters ranging from 3 to 14 nm. The structural characterization was carried out using x-ray diffraction and Rietveld analysis and all relevant magnetic parameters were extracted from vibrating sample magnetometry. Hyperthermia investigations were performed at 500 kHz with a sinusoidal magnetic field amplitude of up to 68 Oe. The specific absorption rate was investigated as a function of the coercive field, saturation magnetization, particle size, and magnetic anisotropy. The experimental results were also compared with theoretical predictions from the linear response theory and dynamic hysteresis simulations, where exceptional agreement was found in both cases. Our results show that the specific absorption rate has a narrow and pronounced maxima for intermediate anisotropy values. This not only highlights the importance of this parameter but also shows that in order to obtain optimum efficiency in hyperthermia applications, it is necessary to carefully tailor the materials properties during the synthesis process. (C) 2012 American Institute of Physics. [http://dx.doi.org/10.1063/1.4729271]

Magnetic Properties of γ - Fe2O3 Nanoparticles at the Verge of Nucleation Process.

A low-energy new method based in a one-step synthesis at room temperature produces very small maghemite nanopar ticles. The fast neutralization reaction (co-precipitation) of a ferric solution (FeCl3 aqueous) in a basic medium (NH4OH concentrated) produces an intermediate phase, presumably two-line ferrihydrite, that in oxidizing conditions is transformed to maghemite nanopar ticles. That “primordial soup” is characterized by small atom arrangements that are the base for maghemite tiny crystals. The final product of the reaction was characterized by X-ray diffraction, high-resolution transmission electron microscopy, X-ray absorption fine structure, Mössbauer spectroscopy, and magnetometry.

Untersuchung magnetischer Nanostrukturen mittels Rastertunnelspektroskopie und Kerr-Magnetometrie am Beispiel von Fe, Co, Co-Fe und Fe-Mn Nanostrukturen

Nach einer kurzen Einführung in die Entwicklung der magnetischen Anwendungen, werden in Kapitel 2 und 3 die physikalischen Grundlagen der Messmethoden, insbesondere die Rastertunnelspektroskopie und Kerr-Magnetometrie, sowie der experimentelle Aufbau erläutert. Kapitel 4 beschäftigt sich mit den magnetischen Eigenschaften von quasi ein-dimensionalen ferromagnetischen Nanostreifen und Monolagen, die durch Selbstorganisation auf einem Wolfram(110)-Einkristall mit vizinaler und glatter Oberfläche präpariert werden. Hierbei wird die Temperaturabhängigkeit der magnetischen Größen, wie Remanenz, Sättigungsmagnetisierung und Suszeptibilität, sowie die Auswirkung einer Abdeckung des Systems auf die Domänenwandenergie und Anisotropie untersucht. Zusätzlich wird die Kopplung von parallelen Nanostreifen in Abhängigkeit des Streifenabstandes betrachtet. In Kapitel 5 werden das Wachstum und die Morphologie von Co-Monolagen auf W(110) untersucht. Der Übergang von pseudomorphem zu dicht gepacktem Wachstum in der Monolage wird mit Hilfe der Rastertunnelspektroskopie sichtbar gemacht, ebenso wie unterschiedliche Stapelfolgen in Tripellagen Co-Systemen. Atomar aufgelöste Rastertunnelmikroskopie erlaubt die genauen Atompositionen der Oberfläche zu bestimmen und mit theoretischen Wachstumsmodellen zu vergleichen. Auf die Untersuchung zwei-dimensionaler binärer Co-Fe und Fe-Mn Legierungen auf W(110) wird in Kapitel 6 eingegangen. Mit einer Präparationstemperatur von T=520 K ist es möglich, atomar geordnete Co-Fe Legierungsmonolagen wachsen zu lassen. Ein direkter Zusammenhang zwischen der Magnetisierung und der lokalen Zustandsdichte in Abhängigkeit der Legierungszusammensetzung wird gezeigt.

Spin polarised Heusler compounds

In der vorliegenden Dissertation dient ein einfaches Konzept zur Systematisierung der Suche nach neuen Materialien mit hoher Spinpolarisation. Dieses Konzept basiert auf zwei semi-empirischen Modellen. Zum einen kann die Slater-Pauling Regel zur Abschätzung magnetischer Momente verwendet werden. Dieses Modell wird dabei durch Rechnungen zur elektronischen Struktur unterstützt. Das zweites Modell kann insbesondere für die Co2YZ Heusler Verbindungen beim Vergleich ihrer magnetischen Eigenschaften gefunden werden. Für diese Verbindungen ergibt sich eine scheinbare lineare Abhängigkeit der Curie-Temperatur beim Auftragen als Funktion des magnetischen Momentes. Angeregt durch diese Modelle wurde die Heusler Verbindung Co2FeSi nochmals detailliert im Hinblick auf ihre geometrische und magnetische Struktur hin untersucht. Als Methoden dienten dabei die Pulver-Röntgenbeugung, die EXAFS Spektroskopie, Röntgen Absorptions- and Mößbauer Spektroskopie sowie Hoch- und Tieftemperatur Magnetometrie, XMCD and DSC. Die Messungen zeigten, dass es sich bei Co2FeSi um das Material mit dem höchsten magnetischen Moment (6 B) und der höchsten Curie Temperatur (1100 K) sowohl in der Klasse der Heusler Verbindungen als auch in der Klasse der halbmetallischen Ferromagnete handelt. Zusätzlich werden alle experimentellen Ergebnisse durch detaillierte Rechnungen zur elektronischen Struktur unterstützt. Die gleichen Konzepte wurden verwendet, um die Eigenschaften der Heusler Verbindung Co2Cr1-xFexAl vorherzusagen. Die elektronische Struktur und die spektroskopischen Eigenschaften wurden mit der voll-relativistischen Korringa-Kohn-Rostocker Methode berechnet, unter Verwendung kohärenter Potentialnäherungen um der zufälligen Verteilung von Cr und Fe Atomen sowie zufälliger Unordnung Rechnung zu tragen. Magnetische Effekte wurden durch die Verwendung Spin-abhängiger Potentiale im Rahmen der lokalen Spin-Dichte-Näherung mit eingeschlossen. Die strukturellen und chemischen Eigenschaften der quaternären Heusler Verbindung Co2Cr1-xFexAl wurden an Pulver und Bulkproben gemessen. Die Fernordnung wurde mit der Pulver Röntgenbeugung und Neutronenbeugung untersucht, während die Nahordnung mit der EXAFS Spektroskopie aufgeklärt wurde. Die magnetische Struktur von Pulver und Bulkproben wurde mitttels 57Fe-Mößbauer Spektroskopie gemessen. Die chemische Zusammensetzung wurde durch XPS analysiert. Die Ergebnisse dieser Methoden wurden verglichen, um eine Einsicht in die Unterschiede zwischen Oberflächen und Volumeneigenschaften zu erlangen sowie in das Auftreten von Fehlordnung in solchen Verbindungen. Zusätzlich wurde XMCD an den L3,2 Kanten von Co, Fe, and Cr gemessen, um die elementspezifischen magnetischen Momente zu bestimmen. Rechnungen und Messungen zeigen dabei eine Zunahme des magnetischen Momentes bei steigendem Fe-Anteil. Resonante Photoemission mit weicher Röntgenstrahlung sowie Hochenergie Photoemission mit harter Röntgenstrahlung wurden verwendet, um die Zustandsdichte der besetzten Zustände in Co2Cr0.6Fe0.4Al zu untersuchen. Diese Arbeit stellt außerdem eine weitere, neue Verbindung aus der Klasse der Heusler Verbindungen vor. Co2CrIn ist L21 geordnet, wie Messungen mittels Pulver Röntgenbeugung zeigen. Die magnetischen Eigenschaften wurden mit magnetometrisch bestimmt. Co2CrIn ist weichmagnetisch mit einer Sättigungsmagnetisierung von 1.2B bei 5 K. Im Gegensatz zu den bereits oben erwähnten Co2YZ Heusler Verbindungen ist Co2CrIn kein halbmetallischer Ferromagnet. Im Rahmen dieser Arbeit wird weiterhin eine Regel zur Vorhersage von halbmetallischen komplett kompensierten Ferrimagneten in der Klasse der Heusler Verbindungen vorgestellt. Dieses Konzept resultiert aus der Kombination der Slater-Pauling Regel mit der Kübler-Regel. Die Kübler Regel besagt, dass Mn auf der Y Position zu einem hoch lokalisierten magnetischen Moment tendiert. Unter Verwendung dieses neuen Konzeptes werden für einige Kandidaten in der Klasse der Heusler Verbindungen die Eigenschaft des halbmetallischen komplett kompensierten Ferrimagnetismus vorhergesagt. Die Anwendung dieses Konzeptes wird anhand von Rechnungen zur elektronischen Struktur bestätigt.

Cobalt dotiertes ZnO als verdünnter magnetischer Halbleiter

Verdünnte magnetische Halbleiter (DMS) sind technologisch vielversprechende Materialien mit sowohl ferromagnetischen als auch halbleitenden Eigenschaften. Sie gehören zu den entscheidenden Verbindungen bei der Entwicklung neuartiger Spintronikanwendungen. Bisher scheiterte der technologische Einsatz jedoch daran, dass die Curie Temperatur der meisten magnetischen Halbleiter viel zu niedrig ist. Neue Verbindungen auf Basis von ZnO wie Zn1-xCoxO sollen jedoch Ferromagnetismus oberhalb von Raumtemperatur zeigen. Die theoretischen Grundlagen der magnetischen Wechselwirkungen sind jedoch nicht verstanden und erfordern daher umfangreiche experimentelle Untersuchungen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden dünne Filme aus Zn0.95Co0.05O mittels Laserablation hergestellt und bezüglich ihrer magnetischen, elektrischen und strukturellen Eigenschaften untersucht, mit dem Ziel den Ferromagnetismus in diesem Material besser zu verstehen. Dabei kamen verschiedene experimentelle Methoden zum Einsatz: wie Magnetometrie, Röntgendiffraktometrie, Magnetischer Röntgenzirkulardichroismus (XMCD), Elektronenspinresonanz sowie magnetoelektrische Transportmessungen. Bei entsprechend defektfördernden Herstellungsbedingungen zeigen die Proben klare ferromagnetische Eigenschaften oberhalb von Raumtemperatur mit einer Sättigungsmagnetisierung von ca. 2 Bohr Magneton / Co sowie einer Remanenz von bis zu 90%. Elektrische Transportmessungen zeigen zudem einen deutlichen Magnetowiderstand sowie einen anomalen Hall Effekt. Letzterer steigt mit der Probenmagnetisierung und spricht für intrinsischen Ferromagnetismus sowie eine geringe Spinpolarisation. Da der Ferromagnetismus mit höherer Ladungsträgerdichte jedoch verschwindet, ist eine ferromagnetische Wechselwirkung über die Leitungselektronen auszuschließen. Eine genauere Auswertung der magnetoelektrischen Messdaten deutet zudem auf ein leitendes Störstellenband hin, das unter Umständen selbst spinpolarisiert ist. Vieles spricht somit dafür, dass die ferromagnetische Ordnung über magnetische Polaronen zustande kommt. Einige strukturelle und magnetometrische Ergebnisse sowie Elektronenspinresonanzmessungen deuten zudem auf metallische Ausscheidungen in Form von Cobalt Clustern hin, die einen zusätzlichen extrinsischen ferromagnetischen Beitrag liefern, der deutlich größer sein könnte als der intrinsische. Überraschenderweise zeigen XMCD Messungen jedoch, dass Cobalt überhaupt nicht am Ferromagnetismus beteiligt ist. Insgesamt gibt es Anzeichen, dass magnetische Defekte eine entscheidende Rolle hinsichtlich des Magnetismus in Zn0.95Co0.05O spielen.

An accurate combined 3 He,Cs magnetometer with fT sensitivity for the nEDM experiment at PSI

Diese Arbeit beschreibt die Entwicklung, Konstruktion und Untersuchung eines Magnetometers zur exakten und präzisen Messung schwacher Magnetfelder. Diese Art von Magnetometer eignet sich zur Anwendung in physikalischen hochpräzisions Experimenten wie zum Beispiel der Suche nach dem elektrischen Dipolmomentrndes Neutrons. Die Messmethode beruht auf der gleichzeitigen Detektion der freien Spin Präzession Kern-Spin polarisierten 3He Gases durch mehrere optisch gepumpte Cäsium Magnetometer. Es wird gezeigt, dass Cäsium Magnetometer eine zuverlässige und vielseitige Methode zur Messung der 3He Larmor Frequenz und eine komfortable Alternative zur Benutzung von SQUIDs für diesen Zweck darstellen. Ein Prototyp dieses Magnetometers wurde gebaut und seine Funktion in der magnetisch abgeschirmten Messkabine der Physikalisch Technischen Bundesanstalt untersucht. Die Sensitivität des Magnetometers in Abhängigkeitrnvon der Messdauer wurde experimentell untersucht. Es wird gezeigt, dass für kurze Messperioden (< 500s) Cramér-Rao limitierte Messungen möglich sind während die Sensitivität bei längeren Messungen durch die Stabilität des angelegten Magnetfeldes limitiert ist. Messungen eines 1 muT Magnetfeldes mit einer relative Genauigkeit von besser als 5x10^(-8) in 100s werden präsentiert. Es wird gezeigt, dass die Messgenauigkeit des Magnetometers durch die Zahl der zur Detektion der 3He Spin Präzession eingesetzten Cäsium Magnetometer skaliert werden kann. Prinzipiell ist dadurch eine Anpassung der Messgenauigkeit an jegliche experimentellen Bedürfnisse möglich. Es wird eine gradiometrische Messmethode vorgestellt, die es erlaubt den Einfluss periodischerrnmagnetischer Störungen auf dieMessung zu unterdrücken. Der Zusammenhang zwischen der Sensitivität des kombinierten Magnetometers und den Betriebsparametern der Cäsium Magnetometer die zur Spin Detektion verwendet werden wird theoretisch untersucht und anwendungsspezifische Vor- und Nachteile verschiedener Betriebsartenwerden diskutiert. Diese Zusammenhänge werden in einer Formel zusammengefasst die es erlaubt, die erwartete Sensitivität des Magnetometers zu berechnen. Diese Vorhersagen befinden sich in perfekter Übereinstimmung mit den experimentellen Daten. Die intrinsische Sensitivität des Magnetometer Prototyps wird auf Basis dieser Formel theoretisch bestimmt. Ausserdem wird die erwartete Sensitivität für die Anwendung im Rahmen des Experiments der nächsten Generation zur Bestimmung des elektrischenrnDipolmoments des Neutrons am Paul Scherrer Institut abgeschätzt. Des weiteren wird eine bequeme experimentelle Methode zur Messung des Polarisationsgrades und des Rabi Flip-Winkels der 3He Kernspin Polarisation vorgestellt. Letztere Messung ist sehr wichtig für die Anwendung in hochpräzisions Experimenten.

A remotely interrogated all-optical Rb-87 magnetometer

Atomic magnetometry was performed at Earth's magnetic field over a free-space distance of ten meters. Two laser beams aimed at a distant alkali-vapor cell excited and detected the Rb-87 magnetic resonance, allowing the magnetic field within the cell to be interrogated remotely. Operated as a driven oscillator, the magnetometer measured the geomagnetic field with less than or similar to 3.5 pT precision in a similar to 2 s data acquisition; this precision was likely limited by ambient field fluctuations. The sensor was also operated in self-oscillating mode with a 5.3 pT root Hz noise floor. Further optimization will yield a high-bandwidth, fully remote magnetometer with sub-pT sensitivity. (C) 2012 American Institute of Physics. [http://dx.doi.org/10.1063/1.4747206]

(Table T1) Magnetic properties of MORB from ODP Leg 187 sites

The core samples of mid-ocean-ridge basalts (including Indian and Pacific type) recovered from the Southeast Indian Ridge (SEIR) area near the Australian Antarctic Discordance during Ocean Drilling Program Leg 187 were studied using rock magnetism, mineralogy, and petrography methods. On the basis of thermomagnetic analyses and low-temperature magnetometry, the dominant magnetic carrier in most of the basalt samples (pillow basalts) is characterized as titanomaghemite, which presumably formed by low-temperature oxidation of primary titanomagnetite. Some samples from unaltered massive basalts contain nearly unoxidized titanomagnetite as the main magnetic mineral. A metadiabase sample showing greenschist facies metamorphism contains magnetic minerals dominated by magnetite. The pillow basalts contain titanomaghemite ranging from stable single-domain to pseudosingle-domain (PSD) grains, and the majority are characterized by a single stable component of remanence. The massive basalts show hysteresis features of larger PSD grains and contain a very low coercivity remanence. The values of natural remanent magnetization (NRM) of the samples in this SEIR area are on the same order as those of other oceanic ridge basalts. They show a general decreasing trend of NRM with increasing crust age. However, the values of NRM show no correlation either with the tectonic zonations (Zone A vs. Zone B) or with the mantle provinces (Pacific vs. Indian types).

Paleomagnetic and rock magnetic characterization of ODP Leg 210 cores

We conducted an integrated paleomagnetic and rock magnetic study on cores recovered from Ocean Drilling Program Sites 1276 and 1277 of the Newfoundland Basin. Stable components of magnetization are determined from Cretaceous-aged sedimentary and basement cores after detailed thermal and alternating-field demagnetization. Results from a series of rock magnetic measurements corroborate the demagnetization behavior and show that titanomagnetites are the main magnetic carrier. In view of the normal polarity of magnetization and radiometric dates for the sills at Site 1276 (~98 and ~105 Ma, both within the Cretaceous Normal Superchron) and for a gabbro intrusion in peridotite at Site 1277 (~126 Ma, Chron M1), our results suggest that the primary magnetization of the Cretaceous rocks is likely retained in these rocks. The overall magnetic inclination of lithologic Unit 2 in Hole 1277A between 143 and 180 meters below seafloor is 38°, implying significant (~35° counterclockwise, viewed to the north) rotation of the basement around a horizontal axis parallel to the rift axis (010°). The paleomagnetic rotational estimates should help refine models for the tectonic evolution of the basement. The mean inclinations for Sites 1276 and 1277 rocks imply paleolatitudes of 30.3° ± 5.1° and 22.9° ± 12.0°, respectively, with the latter presumably influenced by tectonic rotation. These values are consistent with those inferred from the mid-Cretaceous reference poles for North America, suggesting that the inclination determinations are reliable and consistent with a drill site on a location in the North America plate since at least the mid-Cretaceous. The combined paleolatitude results from Leg 210 sites indicate that the Newfoundland Basin was some 1800 km south of its current position in the mid-Cretaceous. Assuming a constant rate of motion, the paleolatitude data would suggest a rate of 12.1 mm/yr for the interval from ~130 Ma (Site 1276 age) to present, and 19.6 mm/yr for the interval from 126 Ma (Site 1277 age) to recent. The paleolatitude and rotational data from this study are consistent with the possibility that Site 1276 may have passed over the Canary and Madeira hotspots that formed the Newfoundland Seamounts in the mid-Cretaceous.

Magnetization reversal of ferromagnetic nanowires studied by magnetic force microscopy

The magnetization reversal of two-dimensional arrays of parallel ferromagnetic Fe nanowires embedded in nanoporous alumina templates has been studied. By combining bulk magnetization measurements (superconducting quantum interference device magnetometry) with field-dependent magnetic force microscopy (MFM), we have been able to decompose the macroscopic hysteresis loop in terms of the irreversible magnetic responses of individual nanowires. The latter are found to behave as monodomain ferromagnetic needles, with hysteresis loops displaced (asymmetric) as a consequence of the strong dipolar interactions between them. The application of field-dependent MFM provides a microscopic method to obtain the hysteresis curve of the array, by simply registering the fraction of up and down magnetized wires as a function of applied field. The observed deviations from the rectangular shape of the macroscopic hysteresis loop of the array can be ascribed to the spatial variation of the dipolar field through the inhomogeneously filled membrane. The system studied proves to be an excellent example of the two-dimensional classical Preisach model, well known from the field of hysteresis modeling and micromagnetism.

Effects of cation substitutions on the physical properties of M2M1T2O6 pyroxenes

In this PhD study, the effects of the cation substitutions on the physical properties of pyroxenes have been discussed. The results of this work extend the knowledge on pyroxenes with different chemical compositions. These properties might be used in the development of ceramic pigments, advanced materials and for the mineralogical phase identification. First of all, the crystallographic differences between Ge and Si pyroxenes have been examined. The structure of C2/c Ca rich Ge clinopyroxenes is very close to the low pressure C2/c structural configuration found in Ca-rich Si-pyroxenes. The shear of the unit cell is very similar, and the difference between a Ge end member and the corresponding Si-rich one is less than 1°. Instead, a remarkable difference exists between Ca-poor Si and Ge clinopyroxenes. First, Ca-poor Ge pyroxenes do not display a P21/c symmetry, but retain the C2/c symmetry; second, the observed C2/c structure shows, at room pressure, the configuration with highly kinked tetrahedral chains characteristic of the high pressure C2/c symmetry of Si Ca-poor pyroxenes. In orthopyroxenes, with Pbca symmetry, Ge-pyroxenes have volume larger than Si-pyroxenes. Samples along the system CaCoGe2O6 - CoCoGe2O6 have been synthesized at three different temperatures: 1050 °C, 1200 °C and 1250 °C. The aim of these solid state syntheses was to obtain a solid solution at ambient pressure, since the analogues Si-system needs high pressure. Unfortunately, very limited solution occurs because the structure forms of the two end member (high temperature for CaCoGe2O6 and high pressure CoCoGe2O6) are incompatible. The phase diagram of this system has been sketched and compared to that of Si. The cobalt end member (CoCoGe2O6) is stable at ambient pressure in two symmetries: at 1050 °C C2/c and 1200 °C Pbca. The impurity phase formed during these experiments is cobalt spinel. Raman spectroscopy has been used to investigate the vibrational properties of Ca-pyroxenes CaCoGe2O6, CaMgGe2O6, CaMgSi2O6 and CaCoSi2O6. A comparison between silicate and germanate pyroxenes shows significant changes in peak positions of the corresponding modes caused mainly by the difference of the Ge-Si atomic weight along with the distortion and compression of the coordination polyhedra. Red shift in Raman spectra of germanates has been calculated by a rough scale factor calculated by a simple harmonic oscillator model, considering the different bond lengths for 4-coordinated Si ~ 1.60- 1.65 Å vs Ge–O distance ~1.70 - 1.80 Å. The Raman spectra of CaMgGe2O6 and CaCoGe2O6 have been classified, in analogy with silicate (Wang et al., 2001) counterparts, in different ranges: - R1 (880-640 cm-1): strong T-O stretching modes of Ge and non-bridging O1 and O2 atoms within the GeO4 tetrahedron; - R2 (640-480 cm-1): stretching/bending modes of Ge-Obr-Ge bonds (chain stretching and chain bending); - R4 (480-360 cm-1): O-Ge-O vibrations; - R3 (360-240 cm-1): motions of the cations in M2 and M1 sites correlated with tetrahedral chain motion and tilting tetrahedra; - R5 (below 240 cm-1): lattice modes. The largest shift with respect to CaMgSi2O6 - CaCoSi2O6 is shown by the T-O stretching and chain modes. High-pressure Raman spectroscopy (up to about 8 GPa) on the same samples of Ca-pyroxenes using an ETH-type diamond anvil cell shows no phase transition within the P-ranges investigated, as all the peak positions vary linearly as a function of pressure. Our data confirm previous experimental findings on Si-diopside (Chopelas and Serghiou, 2000). In the investigated samples, all the Raman peaks shift upon compression, but the major changes in wavenumber with pressure are attributed to the chain bending (Ge-Obr-Ge bonds) and tetrahedra stretching modes (Ge-Onbr). Upon compression, the kinking angle, the bond lengths and T-T distances between tetrahedra decrease and consequently the wavenumber of the bending chain mode and tetrahedra stretching mode increases. Ge-pyroxenes show the higher P-induced peak-position shifts, being more compressible than corresponding silicates. The vibrational properties of CaM2+Ge2O6 (M2+ =Mg, Mn, Fe, Co, Ni, Zn) are reported for the first time. The wavenumber of Ge-Obr-Ge bending modes decreases linearly with increasing ionic radius of the M1 cation. No simple correlation has been found with M1 atomic mass or size or crystallographic parameters for the peak at ~850 cm-1 and in the low wavenumber regions. The magnetic properties of the system CaCoSi2O6 - CoCoSi2O6 have been investigated by magnetometry. The join is always characterized by 1 a.p.f.u. of cobalt in M1 site and this causes a pure collinear antiferromagnetic behaviour of the intra-chain superexchange interaction involving Co ions detected in all the measurements, while the magnetic order developed by the cobalt ions in M2 site (intra-chain) is affected by weak ferromagnetism, due to the non-collinearity of their antiferromagnetic interaction. In magnetically ordered systems, this non-collinearity effect promotes a spin canting of anti-parallel aligned magnetic moments and thus is a source of weak ferromagnetic behaviour in an antiferromagnetic. The weak ferromagnetism can be observed only for the samples with Co content higher than 0.5 a.p.f.u. in M2, when the concentration is sufficiently high to create a long range order along the M2 chain which is magnetically independent of M1 chain. The ferromagnetism was detected both in the M(T) at 10 Oe and M(H).

Magnetic properties and Spin dynamics in magnetic Molecular Rings

Molecular nanomagnets are spin clusters whose topology and magnetic interactions can be modulated at the level of the chemical synthesis. They are formed by a small number of transition metal ions coupled by the Heisenberg's exchange interactions. Each cluster is magnetically isolated from its neighbors by organic ligands, making each unit not interacting with the others. Therefore, we can investigate the magnetic properties of an isolated molecular nanomagnet by bulk measurements. The present thesis has been mostly devoted to the experimental investigation of the magnetic properties and spin dynamics of different classes of antiferromagnetic (AF) molecular rings. This study has been exploiting various techniques of investigations, such as Nuclear Magnetic Resonance (NMR), muon spin relaxation (muSR) and SQUiD magnetometry. We investigate the magnetic properties and the phonon-induced relaxation dynamics of the first regular Cr9 antiferromagnetic (AF) ring, which represents a prototype frustrated AF ring. The magnetically-open AF rings like Cr8Cd are model systems for the study of the microscopic magnetic behaviour of finite AF Heisenberg chains. In this type of system the different magnetic behaviour depends length and on the parity of the chain (odd or even). In order to study the local spin densities on the Cr sites, the Cr-NMR spectra was collected at low temperature. The experimental result confirm the theoretical predictions for the spin configuration. Finally, the study of Dy6, the first rare-earth based ring that has been ever synthesized, has been performed by AC-SQuID and muSR measurements. We found that the dynamics is characterized by more than one characteristic correlation time, whose values depend strongly on the applied field.

The role of oscillatory brain activity in object processing and figure-ground segmentation in human vision

The perception of an object as a single entity within a visual scene requires that its features are bound together and segregated from the background and/or other objects. Here, we used magnetoencephalography (MEG) to assess the hypothesis that coherent percepts may arise from the synchronized high frequency (gamma) activity between neurons that code features of the same object. We also assessed the role of low frequency (alpha, beta) activity in object processing. The target stimulus (i.e. object) was a small patch of a concentric grating of 3c/°, viewed eccentrically. The background stimulus was either a blank field or a concentric grating of 3c/° periodicity, viewed centrally. With patterned backgrounds, the target stimulus emerged--through rotation about its own centre--as a circular subsection of the background. Data were acquired using a 275-channel whole-head MEG system and analyzed using Synthetic Aperture Magnetometry (SAM), which allows one to generate images of task-related cortical oscillatory power changes within specific frequency bands. Significant oscillatory activity across a broad range of frequencies was evident at the V1/V2 border, and subsequent analyses were based on a virtual electrode at this location. When the target was presented in isolation, we observed that: (i) contralateral stimulation yielded a sustained power increase in gamma activity; and (ii) both contra- and ipsilateral stimulation yielded near identical transient power changes in alpha (and beta) activity. When the target was presented against a patterned background, we observed that: (i) contralateral stimulation yielded an increase in high-gamma (>55 Hz) power together with a decrease in low-gamma (40-55 Hz) power; and (ii) both contra- and ipsilateral stimulation yielded a transient decrease in alpha (and beta) activity, though the reduction tended to be greatest for contralateral stimulation. The opposing power changes across different regions of the gamma spectrum with 'figure/ground' stimulation suggest a possible dual role for gamma rhythms in visual object coding, and provide general support of the binding-by-synchronization hypothesis. As the power changes in alpha and beta activity were largely independent of the spatial location of the target, however, we conclude that their role in object processing may relate principally to changes in visual attention.

Cortical oscillatory activity associated with the perception of illusory and real visual contours

We used magnetoencephalography (MEG) to examine the nature of oscillatory brain rhythms when passively viewing both illusory and real visual contours. Three stimuli were employed: a Kanizsa triangle; a Kanizsa triangle with a real triangular contour superimposed; and a control figure in which the corner elements used to form the Kanizsa triangle were rotated to negate the formation of illusory contours. The MEG data were analysed using synthetic aperture magnetometry (SAM) to enable the spatial localisation of task-related oscillatory power changes within specific frequency bands, and the time-course of activity within given locations-of-interest was determined by calculating time-frequency plots using a Morlet wavelet transform. In contrast to earlier studies, we did not find increases in gamma activity (> 30 Hz) to illusory shapes, but instead a decrease in 10–30 Hz activity approximately 200 ms after stimulus presentation. The reduction in oscillatory activity was primarily evident within extrastriate areas, including the lateral occipital complex (LOC). Importantly, this same pattern of results was evident for each stimulus type. Our results further highlight the importance of the LOC and a network of posterior brain regions in processing visual contours, be they illusory or real in nature. The similarity of the results for both real and illusory contours, however, leads us to conclude that the broadband (< 30 Hz) decrease in power we observed is more likely to reflect general changes in visual attention than neural computations specific to processing visual contours.