探索磁生物体 magnetosome 中各向异性的复杂相互作用
材料科学
2024-10-02 v1 生物物理
摘要
磁生物体 (MTB) 因其在癌症治疗中的生物物理应用价值而备受关注。这些生物产生的生物矿化 magnetosome 是高质量的磁性纳米粒子，通过高度可重复的自然过程形成链状结构。具体而言，Magnetovibrio blakemorei 和 Magnetospirillum gryphiswaldense 具有不同的 magnetosome 形态：前者呈截断六八面体形，后者呈截断八面体形。尽管两者的化学组成相同（磁铁矿，Fe3O4）且尺寸相当，但其有效单轴各向异性显著不同，M. blakemorei 为约 25 kJ/m^3，M. gryphiswaldense 为约 11 kJ/m^3（300K）。这种差异为探索磁性响应中不同各向异性贡献的作用提供了独特机会。本研究通过考察静态磁化随温度（M vs. T, 5 mT）和磁场（M vs. H, 最高达 1 T）的关系来系统地研究这些响应。在 Verwey 相变温度（110 K）以上，有效各向异性主要由形状各向异性主导， M. blakemorei 的 coercivity 因形状各向异性而显著提高，最高可提高约两倍于 M. gryphiswaldense。在该温度以下，有效单轴各向异性呈非单调增加，显著改变磁行为。我们的模拟基于动态 Stoner-Wohlfarth 模型表明，在 Verwey 温度以下，一种单轴晶体各向异性贡献出现， 在 5 K 时峰值约为 22-24 kJ/m^3，数值接近 bulk magnetite 的值。这表明各向异性属性对基于磁铁矿的纳米粒子的磁行为及其应用具有深远影响，并突显了 magnetosome 作为研究基于磁铁矿纳米粒子中各向异性复杂相互作用的理想模型系统的独特价值。
引用
@article{arxiv.2410.00550,
title = {Exploring the complex interplay of anisotropies in magnetosomes of magnetotactic bacteria},
author = {David Gandia and Lourdes Marcano and Lucía Gandarias and Alicia G. Gubieda and Ana García-Prieto and Luis Fernández Barquín and Jose Ignacio Espeso and Elizabeth Martín Jefremovas and Iñaki Orue and Ana Abad Diaz de Cerio and M. Luisa Fdez-Gubieda and Javier Alonso},
journal= {arXiv preprint arXiv:2410.00550},
year = {2024}
}