Thermische ompoling van niet-uniform gemagnetiseerde nanodeeltjes

Groep: DyNaMat

Promotoren en begeleiding: Bartel Van Waeyenberge en Jonathan Leliaert

Inlichtingen: tel. 09/264.43.42 of contacteer rechtstreeks een betrokken persoon (de contactgegevens opvragen door op de naam te klikken)

Probleemstelling

Magnetische nanodeeltjes hebben door hun kleine diameter en groot magnetisch moment interessante toepassingen in de medische fysica, bijvoorbeeld in kankerbehandeling (hyperthermie) waarbij door het aanleggen van een oscillerend extern veld de deeltjes (en het omringende weefsel) opwarmen. Verder worden ze ook in medische beeldvorming gebruikt omdat hun magnetische veld tot buiten het lichaam gedetecteerd kan worden.dynamat1

Doordat ze zo klein zijn, wordt de dynamica van de deeltjes overheerst door thermische fluctuaties. Hun magnetisatie is niet stabiel en ze wisselen voortdurend hun noord- en zuidpool om. Deze ompolingen zorgen er voor dat een ensemble van zo'n deeltjes in thermisch evenwicht geen netto magnetisatie vertoont, i.e. ze zijn superparamagnetisch. De typische tijd van de ompolingen hangt exponentieel af van de grootte van de deeltjes en is dus een dankbare grootheid om de deeltjes mee te karakteriseren. Anderzijds zijn het ook deze ompolingen die bovenvermelde biomedische toepassingen mogelijk maken. Voor uniform gemagnetiseerde deeltjes bestaan er eenvoudige theoretische modellen om deze ompoling te beschrijven. De laatste jaren blijkt echter dat deeltjes die een complexere magnetisatie zoals een vortexstructuur (zie figuur) vertonen, of bestaan uit een meerdere interagerende magnetische kernen, beter geschikt zijn voor de toepassingen.

Doelstelling

Het doel van deze thesis is om door middel van een numerieke micromagnetische studie het ompolingsgedrag van complexe magnetische nanodeeltjes te onderzoeken, en de resultaten te relateren aan de betere performantie van deze deeltjes. De resultaten zullen ook toelaten om nieuwe modellen voor deze types deeltjes te ontwikkelen die op hun beurt toelaten om de toepassingen verder te optimaliseren.

Onze onderzoeksgroep heeft een goeie samenwerkingen met de “metrologie van nanodeeltjes” groep aan het Duitse nationale meetinstituut PTB, die zal toelaten om de numerieke studie te complementeren met experimentele data.