有序偶极耦合磁性纳米颗粒阵列中的热耗散调控

本工作的主要目的在于利用计算机模拟分析偶极相互作用强度 $\lambda$、颗粒尺寸 $D$ 与温度 $T$ 对有序磁性纳米颗粒（MNPs）阵列中磁滞机制的影响。为模拟真实体系，假定 MNPs 的各向异性轴随机取向。在无热涨落与偶极相互作用时，无论 $D$ 如何，磁滞均如预期遵循 Stoner–Wohlfarth 模型。在 $T=300$ K 且 $\lambda=0.0$ 时，颗粒尺寸 $D \approx8-16$ nm 的磁滞回线面积最小，表明超顺磁特性占主导。开启磁相互作用可使 MNPs 即使在室温下也从超顺磁态转变为铁磁态；因此，足够强的磁相互作用会增大磁滞回线面积。有趣的是，对于铁磁 MNPs（$D>16$ nm），即便在 $T=300$ K 且偶极相互作用可忽略时，磁滞回线面积仍显著且与 Stoner–Wohlfarth 颗粒相同。矫顽场 $\mu^{}_oH^{}_c$ 与阻断温度 $T^{}_B$ 也随 $\lambda$ 和 $D$ 增大而升高。对矫顽场 $\mu^{}_oH^{}_c$ 随温度数据的严谨分析还揭示，由于偶极相互作用，$\mu^{}_oH^{}_c$ 对温度的依赖显著偏离 $T^{3/4}$ 关系。对于 $D\approx 8-16$ nm 且 $\lambda\leq0.6$，耗散热量 $E^{}_H$ 与 $\mu_oH^{}_c$ 随 $T$ 迅速下降。另一方面，即便在弱偶极极限下，$D>16$ nm 时 $E^{}_H$ 与 $\mu^{}_oH^{}_c$ 对 $T$ 的依赖也很弱。本工作应能为从事该课题研究的研究人员提供对磁热疗的更好理解。对物理学家而言，实验验证本文所述结果将是饶有趣味的。