Grup de Nanomaterials Magnètics (Física Fonamental) 1. Membres: Batlle-Labarta (coordinadors), Iglesias, García del Muro i Fraile-Rodríguez (permanents),

Moya, Conde (becaris) + estudiants de Màster

2. Temàtiques (d’interès per l’IN2UB)

a) Nanopartícules magnètiques amb aplicacions biomèdiques:

1. Objectiu: Correlació entre la nanoestructura i les propietats físiques (magnètiques, electròniques...)

2. Aplicacions: Agents de contrast MRI, vehiculació de fàrmacs,…

3. Material: Òxids de Fe per rutes químiques (magnetita, maghemita, ferrita de cobalt)

b) Nanopartícules i nanoestructures multifuncionals:

1. Objectiu: Combinar les funcionalitats de diverses propietats físiques (e.g., magnètiques i òptiques)

2. Aplicacions: Plaques solars, nano-antenes, SERS,...

3. Materials:

3.1. Síntesi per rutes químiques de nanopartícules (NP) d'estructura nucli/corona;

3.2. Fabricació litografies físiques (nano-impressió,...) de nanoelements de diverses capes

Exemples:

- NP tipus ferromagnet/metall noble per a combinar la resposta magnètica del ferromagnet

(Fe, Ni,...) i l'òptica del metall noble (Au)

- Nanoelements metàl·lics en forma de nanocavitat (nanotaces,...) o que presentin

discontinuïtat geomètrica (nanocons,..) per tal d'incrementar la resposta òptica.

Magnetita Fe3O4

5 n m5 n m 100 nm 5 nm

Fe3O4@SiO2 Recubriments individuals

MRI cervell Biodistribució Toxicitat i internalització

Fe3O4@DMSA

Nanotaces d’Au Nanotaces d’Au amb

nanocons d’Al

Augment de la resposta òptica!!

Local characterization probes

• Correlation magnetism & topography

• Magnetization reversal dynamics

Nanoscale 7, 8110 (2015)

Analysis of individual nanoparticles and nanoelements

1. Scanning probe microscopies: magnetic force microscopy

• detailed structural characteristics • distribution of defects, vacancies • composition • surface modifications

Nanoletters 12, 2499 (2012)

2. Real-space, sub-nm characterization: high-res. transmis. electron microscopy

Local characterization probes

magnetic order

X-Ray Absorption Spectroscopy X-Ray Circular and Linear Dichroisms

• element- and site-specific • chemical sensitivity (composition, bonds) • surface/interface sensitivity • depth selective (surface vs bulk) • magnetic contrast • separation of spin and orbital moment • coupling mechanisms (magnetic, electric, strain..) • compatible with external stimuli (H, E, T, p..)

+ PhotoEmission Electron Microscopy

• spatial resolution

Analysis of individual nanoparticles and nanoelements 3. synchrotron-based X-ray microscopy and spectroscopy tools

compositional maps

+

Theoretical modeling of nanomagnets

6

Methods: Monte carlo simulations. Micromagnetism Analytical calculations.

Systems of interest: Magnetic Nanoparticles: mainly Fe

oxides. Core/shell , hollow NPs. Nanoparticle assemblies with dipolar

interactions. Layered structures and thin films.

Applications: Hysteresis modeling. Technological: Magnetic recording, Exchange bias. Biomedical: Hyperthermia for cancer, MRI.

Atomistic Models

Individual NP

Macrospin Models

NP assembly

Fe3O4

Au

Au

Fe3O4