De magnetische uitwisselingsvoorspanningskoppeling tussen kern en schaal hangt kritisch af van de "bevroren spins" die zich op het grensvlak tussen de twee verschillende magnetische nanomaterialen bevinden, volgens gebruikers van Purdue University die werken met de Electronic &Magnetic Materials &Devices Group.

De relatieve populatie van dergelijke bevroren spins kan worden gemoduleerd door externe fysieke parameters, zoals de sterkte van het aangelegde koelveld en de cyclusgeschiedenis van magnetische veldzwaaien (trainingseffect).

Een complexere verandering vindt plaats wanneer kern-schil nanodeeltjes onder omgevingsomstandigheden worden verouderd. Samen met structurele evolutie van goed gedefinieerde core-shell nanostructuren tot nanodeeltjes die meerdere holtes bevatten op het grensvlak, er is een aanzienlijke toename van de populatie bevroren spins, die beide de magnetische eigenschappen beïnvloeden.

Kern-schil Fe@Fe ₃ O ₄ nanodeeltjes vertonen aanzienlijke uitwisselingsbias bij lage temperaturen, gemedieerd door unidirectioneel uitgelijnde momenten op de kern-shell-interface. Deze spins worden bevroren in magnetische uitlijning met veldkoeling en worden op een temperatuurafhankelijke manier bepaald.

De populatie van dergelijke bevroren spins heeft een directe impact op zowel coërciviteit (H _C ) en het exchange-bias veld (H _E ), die worden gemoduleerd door externe fysieke parameters, zoals de sterkte van het aangelegde koelveld en de cyclusgeschiedenis van magnetische veldzwaaien (trainingseffect).

Veroudering van de kern-schil nanodeeltjes onder omgevingsomstandigheden resulteert in een geleidelijke afname van magnetisatie maar algehele retentie van H _C en H _E , evenals een grote toename van de populatie bevroren spins.

Deze veranderingen gaan gepaard met een structurele evolutie van goed gedefinieerde kern-schilstructuren naar deeltjes die meerdere holtes bevatten, toe te schrijven aan het Kirkendall-effect. Energiegefilterde en hoge resolutie transmissie-elektronenmicroscopie wijzen beide op verdere oxidatie van de schillaag, maar de ijzeren kern is opmerkelijk goed bewaard gebleven.

De toename van de populatie van bevroren spin met de leeftijd is verantwoordelijk voor het algemene behoud van uitwisselingsbias, ondanks holtevorming en andere oxidatie-afhankelijke veranderingen. Het exchange-bias-veld wordt verwaarloosbaar bij opzettelijke oxidatie van Fe@Fe ₃ O ₄ nanodeeltjes in dooierschaaldeeltjes, met een bijna volledige fysieke scheiding van kern en schaal.