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阵列结构的磁性纳米材料研究

闫中杰  
【摘要】: 本文从实现未来超高密度磁存储介质的量子磁盘可能的物理基础——磁性纳米线与纳米颗粒阵列的实验研究,到量子磁盘中磁性结构单元之间的磁相互作用对磁盘性能影响的计算模拟研究两方面的工作,对阵列结构的磁性纳米材料的磁特性进行了系统和深入地研究,得到了如下一些主要结论: 1、磁性纳米线阵列结构具有很强的磁各向异性,其易轴在垂直于阵列平面的方向上。这种磁各向异性的强度可以通过在实验中调节制备参数进行控制,因而被认为主要来自于单根纳米线的形状各向异性。通过对Fe纳米线阵列的剩磁特性的研究,我们发现单根Fe纳米线的磁化反转是通过磁畴的成核与壁移模式来实现的;纳米线阵列结构中存在的磁相互作用在一般的外磁场强度下主要来自于单根纳米线内部和不同纳米线之间的静磁相互作用,我们认为后者的存在在超高密度磁性纳米材料的阵列中是不可避免的并且对阵列的微观磁化机制的影响不容忽视。 2、在磁性纳米颗粒阵列结构中,我们在不同的环境温度下研究了系统的磁性。通过对系统矫顽力与环境温度的变化关系的分析并将其与经典的Stoner-Wohlfarth颗粒系统相比较,我们发现了磁性纳米颗粒之间存在有较强的磁相互作用。 3、通过微磁学技术,我们得到了一个二维磁性纳米颗粒阵列中磁性颗粒之间偶极相互作用的表达式及系统稳定状态的相图,并进一步结合我们提出的磁性纳米颗粒阵列的反磁化机制得到了阵列系统在不同的情况下可能具有的所有磁滞回线的形状,以及一些磁性参数(如矫顽力、饱和场等)的解析表达式。结果表明,在磁性颗粒阵列系统中,颗粒的形状各向异性和颗粒间的磁相互作用是影响系统磁特性的主要因素。我们又通过数值拟合的方法,对一些情况下的磁滞回线进行了进一步的模拟分析,从中我们得到了与实验曲线更加吻合的结果,同时也分析了这种方法的局限性。 4、我们首次在通孔的阳极多孔氧化铝模板中成功地利用自组织方法制备出了Fe-B非晶磁性纳米颗粒的三维阵列。我们制备出的纳米颗粒具有尺寸小、大小均匀且可控等特点。阵列中的非晶磁性颗粒大多处于超顺磁状态,而整个系统体现出了弱的磁各向异性的特点。这提示我们纳米多孔模板在超细纳米颗粒制备中可能的应用前景,以及制备出的纳米颗粒的自组织体系可能具有独特的性质。


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