Influence de l'irradiation protonique sur les propriétés magnétiques de deux

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 14032 (2023) Citer cet article

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L'influence de l'irradiation par des protons de 1,9 MeV sur les propriétés structurales et magnétiques a été explorée dans le ferrimagnétique de coordination bidimensionnel (2D) NiSO4(1,3-phénylènediamine)2. La diffraction des rayons X sur poudre et la spectroscopie IR ont révélé que les octaèdres avec l'ion Ni au centre restent inchangés quelle que soit la fluence reçue par un échantillon. En revanche, l'irradiation protonique influence grandement les liaisons hydrogène dans les parties flexibles dans lesquelles la 1,3-phénylènediamine est impliquée. Les mesures magnétiques à courant continu ont révélé que plusieurs propriétés magnétiques étaient modifiées par l'irradiation par des protons. L'aimantation isotherme mesurée à T = 2,0 K variait avec la dose de protons, obtenant une augmentation de 50 % de l'aimantation dans le champ mesuré le plus élevé µ0Hdc = 7 T ou une diminution de 25 % de la rémanence. Le changement le plus significatif a été observé pour le champ coercitif, qui a été réduit de 90 % par rapport à l’échantillon non irradié. Les résultats observés s'expliquent par la liberté accrue de rotation des moments magnétiques et la modification des couplages d'échange intracouches.

Les récentes recherches intensives dans le domaine des matériaux moléculaires multifonctionnels sont intégralement liées à leur application possible dans la technologie moderne, comme le stockage et le traitement de données à haute densité1,2,3,4, la réfrigération magnétique5,6,7,8 ou les systèmes optiquement actifs. capteurs et interrupteurs9,10. La vaste capacité du magnétisme moléculaire émerge de la variété des structures disponibles11,12 et de la possibilité de modifier leurs propriétés avec des stimuli externes, notamment la température, la pression13 et l'irradiation lumineuse14. L'irradiation par protons est une autre approche permettant d'ajuster les propriétés des matériaux par des facteurs externes. Il est actuellement largement utilisé dans les études sur les allotropes de carbone15,16, les semi-conducteurs17, les films18, les supraconducteurs19 et les alliages20 pour concevoir les caractéristiques des matériaux de manière contrôlable21,22,23,24. Les solides irradiés avec des particules énergétiques sont exposés à des dépôts d’énergie locaux de densité extrêmement élevée qui provoquent des effets non linéaires et de seuil25. De nouveaux matériaux dotés de propriétés nouvelles peuvent ainsi être obtenus.

En particulier, l’irradiation ionique est utilisée pour modifier les propriétés magnétiques. Les défauts induits peuvent donner lieu à une réponse paramagnétique dans les matériaux non magnétiques lorsque la concentration de défauts dépasse une valeur seuil spécifique26,27,28 ou altérer les propriétés magnétiques des para-aimants et des systèmes à ordre magnétique à longue portée (LRMO), en particulier en cas de forte magnétostructurel. des corrélations sont présentes. L'irradiation peut augmenter la température de Curie29,30,31 et avoir un impact sur des propriétés telles que le champ coercitif, la saturation de la magnétisation, le facteur g et la forme de la boucle d'hystérésis magnétique32,33,34. L'irradiation des protons peut générer des changements au niveau atomique sur la zone et la profondeur sélectionnées en ajustant l'énergie des protons, ce qui rend cette approche prometteuse pour l'ingénierie contrôlée des matériaux magnétiques29.

Actuellement, il n’existe aucune étude systématique sur la réponse des matériaux magnétiques moléculaires à l’irradiation ionique. Pour combler cette lacune, nous avons examiné les effets de l'irradiation par des protons de 1, 9 MeV sur les propriétés magnétiques du polymère de coordination NiSO4 (1,3-phénylènediamine) 2, ci-après abrégé en Ni (MPD) 2SO4. Cet aimant moléculaire révèle une taille considérable du champ coercitif et un ordre magnétique à longue portée inférieur à TC = 24 K. La diffraction des rayons X sur poudre, la spectroscopie infrarouge et les mesures magnétiques ont été effectuées pour étudier l'influence de la fluence des protons ϕ = 5 × 1013– 2,2 × 1015 cm−2 sur les propriétés structurelles et magnétiques. Bien que des changements structurels n'aient été observés que dans la partie polymère liés aux liaisons C – H et N – H, l'irradiation protonique a induit des modifications significatives des propriétés magnétiques, notamment du champ coercitif, du degré d'irréversibilité et de l'aimantation maximale.