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《中国科学院大学(中国科学院物理研究所)》 2018年
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Fe,FeGa,Cr_2O_3-(Ni)Fe,LaFeO_3-FM核壳纳米线阵列中的磁性研究

Muhammad irfan  
【摘要】:通往纳米科技革命的道路上离不开具有巨大比表面积的纳米材料,如具有形状各向异性和丰富成分配比的磁性纳米晶体材料。这些磁性纳米材料有望在高密度磁存储介质、交换耦合的磁性复合物和相关纳米器件中获得应用。本博士论文的前两个工作,则分别针对磁性单质金属和合金纳米线,研究其制备方法、生长机制和磁性行为等。研究表明表面和界面的结构不连续和自旋的重取向会给磁性纳米线带来奇异的磁性性质,这非常有利于其在自旋电子学和高密度磁存储方面的应用。基于这样的基础,我们又开展了另外两项有关磁性核壳纳米结构的制备研究工作:通过核壳结构的界面引入更丰富的界面交换耦合作用。为此,我们还发展了利用电化学沉积方法制备金属核而溶胶凝胶方法制备多孔的壳或者模板材料的复合纳米结构制备方法。在本论文中,我们并取得了一下的研究成果:(1)采用直流电沉积方法在室温下成功地在氧化铝模板中制备出了均匀一致的铁纳米线阵列。分别用扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线谱(EDX)和X射线衍射(XRD)的方法对制备态Fe纳米线的形貌,成分和晶体结构进行了表征。结果表明铁纳米线为多晶态的体心立方结构。形状各向异性占主要作用,导致了纳米线中磁矩沿着纳米线轴向排列,而面内磁滞回线的低方形度表明纳米线间偶极相互作用较强,这是由于模板具有高的孔密度和小的孔间距(~125nm)导致的。退火处理提升了铁纳米线的磁学性质。在Fe纳米结构中可能的磁现象也被详细讨论。(2)实验研究了退火温度对电沉积得到的直径为80nm的Fe_3Ga纳米线的晶体结构相变、有效各项异性能、磁化翻转的影响。扫描透射电子显微镜和X射线能谱技术清晰的表明Fe_3Ga纳米线中Fe和Ga元素分布均匀。这些纳米线整齐的一致排列,并具有很高的长径比。纳米线的晶体结构对退火温度展示了很强的依赖关系。X射线衍射结果表明制备态Fe_3Ga纳米线为高度织构的无序A2相以及DO_3和L1_2相。随着退火温度的提升,A2相和短程有序的DO_3相减少,晶粒沿着稳定的L1_2相形成织构,掺杂少许DO_3相。结构改变导致纳米线的磁化反转模式从横向翻转变为横向模式与涡旋模式的结合。室温下角度依赖的磁响应被用来确认Fe_3Ga纳米线的磁化翻转模式。温度依赖的矫顽力可以用热激活效应克服能量势垒模型来解释,满足3/2次方定律。(3)许多纳米技术的应用都依赖于高各向异性的磁性纳米材料。基于此,本论文研究了Ni/Cr_2O_3和Fe/Cr_2O_3壳核复合纳米线的结构、磁学性质、以及界面交换各向异性。通过将湿化学法和电沉积技术结合起来在氧化铝的纳米孔洞中制备了Ni(Fe)–Cr_2O_3核壳纳米线。磁性测试相关的结果显示Cr_2O_3纳米壳的晶化导致了交换偏置的增大,提供了磁稳定的额外的各向异性来源。这种具有高的各向异性的核壳纳米线结构因此进一步促进了各向异性纳米结构的应用研究。该种方法可以获得此类可调控磁学性质的复合纳米材料。(4)本论文基于氧化铝模板的湿化学和电沉积两步法制备出了高密度的同轴纳米线阵列。一维纳米结构LaFeO_3(LFO)-M(M=Ni,Fe,Co)由铁磁纳米线和覆盖其上的反铁磁LFO纳米管组成。结构和磁性测试表明晶化的LFO纳米管诱导了一个增强的交换偏置,提供了一个额外的磁各向异性来源。这种同轴结构的异质磁性材料对于未来新的多功能磁性器件譬如自旋阀、高密度磁存储器件的制备是非常有价值的。在该研究中本论文给出了新的方法来得到最佳异质结构纳米材料。
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院物理研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TB383.1

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