Rev. Phys. Appl. (Paris) 16, 275-301 (1981)
DOI: 10.1051/rphysap:01981001606027500

Le phénomène de superparamagnétisme

J.L. Dormann

Laboratoire de Magnétisme, C.N.R.S., 1, place Aristide-Briand, 92190 Meudon Bellevue, France

Abstract
Superparamagnetism phenomenon are reviewed. A short historical account of the first significant measurements and a short review of the topics where the study of the superparamagnetism bring pertinent results are done in the introduction. The theory of the phenomenon is studied in the first part. The Néel's model and the Brown's model are discussed in detail. The asymptotic values of the relaxation time are compared with the numerical solutions of Aharoni. Several chapters discuss the anisotropy energies and their effects on the barrier energy, the rotation mode of the spin particles and the antiferromagnetic particles. The different measurements are studied in the second part. At once, problems of general interest are analysed, i.e. : the measuring time, the blocking temperature, the effects of a diameter distribution... Afterwards the different measurements are reviewed from both theoretical and experimental points of view : magnetization, remanent magnetization, hysteresis loop, susceptibility, a.c. susceptibility, magnetoresistance, Mössbauer effect and FRM. Some examples are given.

Résumé
Une revue sur le magnétisme des très petites particules, le superparamagnétisme, est effectuée. Dans l'introduction, un bref historique des mesures mettant en évidence le phénomène et une rapide revue des domaines où son étude peut apporter des renseignements importants sont faits. La première partie est consacrée à la théorie du phénomène. Il est examiné en détail les modèles de Néel et de Brown et comparé les valeurs asymptotiques du temps de relaxation aux valeurs numériques calculées par Aharoni. Des développements particuliers sont consacrés aux énergies d'anisotropie et leurs effets sur les énergies de barrières et les temps de relaxation, aux particules de plus grand diamètre où le mode de rotation des spins devient complexe et aux particules antiferromagnétiques. La deuxième partie de cette revue porte sur les mesures expérimentales. Après un exposé des problèmes concernant l'ensemble des mesures, telles les notions de temps de mesure et de température de blocage, tels les effets d'une répartition des volumes des particules..., il est examiné en détail, aussi bien du point de vue théorique qu'expérimental, les conséquences du phénomène du superparamagnétisme sur l'aimantation, l'aimantation rémanente, le cycle d'hystérésis, la susceptibilité en continu et en alternatif, la magnétorésistance, sur les mesures de spectroscopie Môssbauer et de résonance ferromagnétique.

PACS
0130R - Reviews and tutorial papers: resource letters.
7530C - Magnetic moments and susceptibility in magnetically ordered materials.
7530G - Magnetic anisotropy.
7560E - Magnetization curves, hysteresis, Barkhausen and related effects.
7560J - Fine particle magnetic systems.
7650 - Ferromagnetic, antiferromagnetic, and ferrimagnetic resonances: spin wave resonance.
7680 - Mossbauer effect: other gamma ray spectroscopy in condensed matter.

Key words
ferromagnetic resonance -- magnetic anisotropy -- magnetic hysteresis -- magnetic properties of fine particles -- magnetic relaxation -- magnetic susceptibility -- magnetoresistance -- Mossbauer effect -- remanence -- reviews -- superparamagnetism -- superparamagnetism -- relaxation time -- anisotropy energies -- barrier energy -- rotation mode -- spin particles -- antiferromagnetic particles -- measuring time -- blocking temperature -- diameter distribution -- remanent magnetization -- hysteresis loop -- AC susceptibility