Size Dependence of FMR Linewidth in Iron Oxide Nanoparticles

We measured the ferromagnetic resonance (FMR) signal using the monodisperse iron oxide nanoparticles with size D=4.67 nm, 5.64 nm and 6.34 nm synthesized by using the thermal decomposition method, respectively. The measured ferromagnetic resonance signals were compared with the calculated ones for superparamagnetic nanoparticles with lognormal volume distribution. The FMR linewidth broadening was propositional to tanh($V^2$), where V was volume of nanoparticles. The narrow linewidth of small size nanoparticles was due to the surface spins, while the broad linewidth of large size nanoparticles was due to the bulk spins affected by the crystalline structure of iron oxide nanoparticles. The superposition of surface and bulk effect was confirmed at D=5.64 nm nanoparticles, which was near the critical size for linewidth transition from surface effect to bulk effect.

산화철 나노입자의 크기에 따른 강자성 공명 신호의 선폭 특성

본 연구에서는 열 분해법으로 크기가 각각 D=4.67 nm, 5.64 nm 및 6.34 nm인 균일한 산화철 나노입자를 제조하여 강자성 공명 신호를 측정하였다. 측정된 강자성 공명 신호는 입자의 부피가 로그 정규 확률 분포를 갖는 초상자성 나노입자에 대하여 계산한 결과와 비교 분석하였다. 강자성 공명 신호의 선폭은 나노입자의 크기가 증가함에 따라 넓어졌으며, tanh($V^2$)에 비례하는 특성을 보였다. 이러한 나노입자의 크기에 따른 선폭 증가는 나노입자들 표면에 분포하는 표면 스핀과 결정 이방성 특성을 갖는 내부 스핀들에 의한 두 가지 강자성 공명 신호의 중첩에 기인함을 알 수 있었다.