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《华中科技大学》 2009年
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铁氧体基复合系统磁性及交换偏置

何惊华  
【摘要】: 近年来对受限磁系统中磁耦合效应的研究引起了人们广泛的关注,尤其是电荷(电子输运)与自旋(磁有序)耦合、铁磁与反铁磁耦合、铁电与铁磁耦合、磁光耦合等系统。这主要是因为在这些系统中电荷、自旋、极化、轨道等彼此间强的关联性以及这些关联特性对环境(包括存在于体系内部的相互作用以及温度、磁场、电场、光等外场)的高度敏感性,使它们表现出新的物理效应甚至呈现出全新的量子效应。本论文主要以铁氧体/反铁磁氧化物复合材料颗粒体系为研究对象,通过对复合体系中交换偏置效应的研究,从而为进一步研究交换偏置效应提供试验数据和理论指导。主要研究内容和结果包括如下几方面: 1.首先介绍了磁电子学的相关内容,对最具有应用价值的交换偏置效应进行了较全面的概括,综述了交换偏置效应的实验研究现状和理论研究模型,在此基础上提出了论文的选题依据和研究意义。 2.根据材料本身的性质,分别设计了特殊的样品制备工艺,成功地将铁氧体嵌入到反铁磁氧化物基体中,并能有效地控制其分布,达到对交换偏置效应的可控性。 3.采用化学共沉淀法并结合后期的热处理制备了名义组分Ni_(1-x)Fe_xO(x=O,0.015,0.03,0.05,和0.1)块材样品。相分析表明,x<0.03时,样品中铁氧体NiFe_2O_4不容易被XRD检测到,当x≥0.03时铁氧体NiFe_2O_4很容易被发现。我们对这些样品的磁性和交换偏置效应进行了研究。研究结果表明所有样品在室温下都观察到异常大的磁化强度。同时,在所有样品中也观察到交换偏置和锻炼效应。这些实验结果说明了在这些Fe掺杂的NiO样品中存在较强的铁磁/反铁磁交换耦合作用,因此该稀磁半导体室温铁磁性应该源于铁磁杂相NiFe_2O_4,即为非本征性。另外交换偏置场先随着NiFe_2O_4含量的增加而增加然后开始减小,意味着交换偏置场是可以通过改变Fe掺杂浓度来控制的。 4.采用化学共沉淀法结合高温相偏析原理制备了名义组分Ni_(1-x)Fe_xO(x=0.15,0.2,0.3和0.5)大颗粒复合材料,另外作为对比,我们也用化学共沉淀法和后期的低温热处理法制备了NiO/10%NiFe_2O_4直接复合的纳米块材样品。我们对所有样品的交换偏置效应进行了研究,探讨了样品的微结构与磁交换偏置效应之间的关系。对Ni_(1-x)Fe_xO(x=0.15,0.2,0.3和0.5)大颗粒复合样品来说,只发现样品表现出水平交换偏置效应。而NiO/10%NiFe_2O_4直接复合的纳米块材样品只在10K发现了水平和垂直交换偏置效应,而高于10K交换偏置效应几乎完全消失。这些实验结果表明在NiO/NiFe_2O_4大颗粒复合系统中存在水平交换偏置效应主要源于铁磁颗粒和反铁磁颗粒界面的耦合作用,NiO/10%NiFe_2O_4直接复合的纳米块材样品的垂直交换偏置效应主要来自颗粒尺寸效应。 5.采用溶胶—凝胶法并结合高温相偏析原理制备了NiFe_2O_4/Li-NiO纳米复合样品,我们主要针对名义组分Ni_0.7Fe_0.2Li_0.1O和Ni_0.6Fe_0.2Li_0.2O纳米复合样品的交换偏置效应进行了研究。Li掺杂后的反铁磁NiO并没有增强纳米复合材料的交换偏置场和矫顽力,反而都削弱了。这意味着非磁性离子掺杂到反铁磁材料中,虽然能获得多的未补偿自旋,但是同时也使反铁磁材料的钉扎作用力减弱。因此需要有一个择优掺杂浓度来调控复合材料的交换偏置效应,还有待我们做进一步试验研究。 6.采用溶胶—凝胶法并结合高温相偏析原理制备了xMFe_2O_4/(1-x)BiFeO_3(x=0.1,M=Cu,Co,Ni)纳米复合材料。相组分分析表明,通过该方法制备的样品中只含有亚铁磁体MFe_2O_4(M=Co,Cu,Ni)和铁电反铁磁BiFeO_3两相。对不同的三个纳米复合材料体系的磁性和磁交换偏置进行了研究。通过研究发现,在低温下,只有xCuFe_2O_4/(1-x)BiFeO_3(x=0.1)纳米复合材料中有负的交换偏置效应,可能归结于xCuFe_2O_4/(1-x)BiFeO_3(x=0.1)中存在合理的铁磁/反铁磁交换耦合,所以合适的铁磁匹配是实现电致交换偏置效应的关键。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:O611.3

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