Por favor, use este identificador para citar o enlazar este ítem:
http://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/1027| Producción y caracterización de nanopartículas de hierro, níquel y cobalto depositadas por ablación láser Production and characterization of nanoparticles of iron, nickel and cobalt deposited by laser ablation | |
| Carlos Alberto Gallardo Vega | |
| Wencel Jose De La Cruz Hernandez | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución | |
| Nanopartículas,Nanoparticles,XPS. AFM. | |
| Actualmente, el diseño y producción de dispositivos tecnológicos está dirigido hacia la reducción de tamaño, principalmente en el rango de los nanómetros (1x10<sup>-9</sup> m). Por lo tanto, la meta de este trabajo fue producir muestras con nanopartículas de hierro, níquel o cobalto, depositadas por ablación láser, con potenciales aplicaciones en el área de almacenado de información. Para encontrar las condiciones experimentales que permitieran la producción de las muestras con nanopartículas, se realizaron experimentos película/sustrato a temperatura ambiente de los tres elementos. Cada depósito realizado en estos experimentos fue analizado in situ por la espectroscopía de electrones fotoemitidos (XPS), con la intención de comprobar la composición química del depósito, además se utilizaron los espectros XPS para estudiar la morfología de las muestras utilizando una metodología desarrollada por S. Tougaard, la cual ya ha sido muy utilizada y estudiada en trabajos reportados en la literatura. Los resultados obtenidos del estudio morfológico permitieron establecer dichas condiciones de depósito, utilizando 150 pulsos láser para el Fe y 200 pulsos láser para el Ni y Co. De las muestras obtenidas se tomaron imágenes en un microscopio de fuerza atómica (AFM), en las que se observó la forma de las nanopartículas y su distribución en el sustrato. Con estas imágenes fue posible corroborar los resultados obtenidos por la metodología Tougaard. Las muestras fueron ferromagnéticas de acuerdo a los lazos de histéresis obtenidos por medio de la técnica del efecto Kerr magneto-óptico (MOKE). Para evitar la oxidación de las nanopartículas, se recubrieron las muestras con una delgada capa de carbono en el mismo sistema de depósito. El zafiro utilizado en esta investigación se limpió in situ en el sistema de depósito, antes de depositar las nanopartículas. Una vez lograda la producción de nanopartículas magnéticas el siguiente paso fue determinar la dependencia de las propiedades magnéticas, en un sistema de nanopartículas con respecto a su tamaño. Para modificar la morfología de las muestras de nanopartículas ferromagnéticas, se depositaron muestras con distintas temperaturas de sustrato (Temperatura ambiente, 300 °C y 500 °C). Los resultados de la caracterización morfológica por Tougaard y AFM de las nuevas muestras señalan que las muestras depositadas a menor temperatura de sustrato tuvieron una mayor densidad, en comparación con las muestras depositadas a mayor temperatura (por ejemplo las muestras de Fe tuvieron 1996 nanopart./μm2<sup>2</sup>cuando se depositaron a temperatura ambiente y 1680 nanopart./μm<sup>2</sup> cuando se depositaron a 500 ºC). Todas las muestras fueron ferromagnéticas de acuerdo a los lazos de histéresis obtenidos por MOKE de cada una de las muestras. La muestra de mayor coercitividad (448 Oe) fue la de Fe depositada a temperatura ambiente, sobresaliendo con respecto a trabajos publicados. En el caso del Co, la muestra con mayor potencial en aplicaciones de almacenado de información fue depositada a 500 °C, teniendo la menor densidad (80 nanopart./μm<sup>2</sup>), el mayor tamaño y una coercitividad de 185.6 Oe. En el caso del Ni la muestra más coercitiva (121.1 Oe) fue la que se depósito a temperatura ambiente, que tuvo la mayor densidad (1992 nanopart./μm<sup>2</sup>) y menor tamaño. Se puede concluir que la temperatura de sustrato al momento del depósito fue un factor que modificó los tamaños de nanopartícula en las muestras. Las nanopartículas de las muestras depositadas a 500 °C tuvieron los mayores tamaños. El campo coercitivo de las nanopartículas fue dependiente del tamaño de nanopartícula. La muestra de mayor potencial para aplicaciones en almacenamiento de información, fue la muestra de nanopartículas de hierro depositada a temperatura ambiente con 150 pulsos láser, ya que fue la muestra de mayor coercitividad estando por encima de los valores de coercitividad obtenidos de las muestras en forma de películas delgadas. In recent years, the design and production of technological devices has been directed to size reduction, mainly in the nanometer range (1x10<sup>-9</sup> m). Therefore, as a potential application in information storage, the main objective of this work is the production of iron, nickel and cobalt nanoparticles by laser ablation. The experimental conditions for the deposition of nanoparticles were determined through over/layer experiments at room temperature for iron, nickel and cobalt. Every deposition was in situ analyzed by XPS in order to determine the chemical composition in the deposited material, moreover, the XPS spectra were used to study morphological aspects in the samples with a methodology developed by S. Tougaard. This methodology has been used and reported in the literature with proven success. The results obtained from the morphological analyzes, were used to produce nanoparticles samples with 150 laser pulses to Fe and 200 laser pulses to Ni and Co. The samples were further analyzed in Atomic Force Microscopy (AFM), and the images show nanoparticles with a homogenous shape and distribution on the substrate surface. These results were in good agreement with Tougaard methodology. Magneto Optic Kerr Effect (MOKE) measurements on the nanoparticles produced hysteresis loops typical of ferromagnetic materials. To prevent oxidation of the nanoparticles, a very thin layer of graphite was deposited in the same deposition set up. The sapphire substrates were cleaned in situ by laser ablation before the nanoparticles were deposited. After the magnetic nanoparticles were obtained, the next goal was to determine the dependence between magnetic properties and nanoparticle size. Thereafter, nanoparticles were deposited at different substrate temperature (room temperature, 300 °C and 500 °C). The morphology obtained by Tougaard´s methodology and AFM images show that the nanoparticles deposited a room temperature had a greater density in comparison with those deposited at higher substrate temperatures (in iron, the sample deposited at room temperature had a 1996 nanopart./μm<sub>2</sub> and 1680 nanopart./μm<sub>2</sub> when the sample was deposited at 500 °C). All samples were ferromagnetic according to the hysteresis loops obtained by MOKE. The iron nanoparticles deposited at room temperature were the most coercitive 448 Oe, a higher value than any reported job in the literature. This result would render this material suitable for information storage applications. The Co nanoparticles with potential application in information storage area were those deposited at a surface temperature of 500 °C since they showed the higher coercitivity (185.6 Oe). This sample gave the bigger nanoparticle size (42 nm). The Ni nanoparticles with the higher coercitivity (121.1 Oe) were obtained when the sample was deposited at room temperature. These nanoparticles, however, showed the smallest size. In conclusion, the substrate temperature affects the nanoparticle growth. The bigger nanoparticle size was obtained in the samples deposited at a substrate temperature of 500 °C. The coercitivity fields depend on nanoparticle size. The samples with greater application potential in information storage were the nanoparticles deposited at room temperature with 150 laser pulses. | |
| CICESE | |
| 2010 | |
| Tesis de doctorado | |
| Español | |
| Gallardo Vega, C.A.2010.Producción y caracterización de nanopartículas de hierro, níquel y cobalto depositadas por ablación láser.Tesis de Doctorado en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California.115 pp. | |
| OTRAS ESPECIALIDADES FÍSICAS | |
| Aparece en las colecciones: | Tesis - Física de Materiales |
Cargar archivos:
| Fichero | Descripción | Tamaño | Formato | |
|---|---|---|---|---|
| 183371.pdf | Versión completa de la tesis | 3.3 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |