NiFe2O4/NiO纳米复合系统的交换偏置和锻炼效应

摘要

铁磁/反铁磁纳米颗粒系统存在的交换偏置效应是目前研究的热点，因为当铁磁纳米粒子尺寸缩小时会产生超顺磁行为，这一点由交换偏置效应可以克服。为提高存储器的密度提供可能方案，而引起研究的广泛关注。本文的研究对象主要是NiFe2O4/NiO铁磁/反铁磁复合纳米颗粒体系，主要研究实验样品的微观结构、交换偏置效应和锻炼效应，并通过对样品微观结构和物理测量条件的改变，实现了调控交换偏置和锻炼效应。
　　1.介绍了磁现象和磁纳米材料，交换偏置的发现、基本的现象，物理图像的基本的理论模型及研究进展，然后给出研究背景和动机。介绍了复合纳米颗粒系统的制备方法，采用共沉淀法和相偏析法制备了NiFe2O4铁磁纳米粒子嵌入到反铁磁NiO基底中的复合纳米颗粒材料。
　　2.研究了微结构中烧结温度的影响，以及交换偏置效应的纳米粒子的微观结构的影响。Ni1-xFexO（x=0.09）颗粒样品是用化学共沉淀法制备出的，并且经过不同温度（550℃≤TS≤1000℃）烧结后，铁磁性相的NiFe2O4从颗粒系统中相偏析出来。并且随着烧结温度的升高颗粒尺寸增大，变化范围是3nm-55nm。在加场冷却到250K以下时，可以同时观察到垂直的和水平的交换偏置效应，而且交换偏置场强烈的依赖于NiFe2O4颗粒尺寸。随着颗粒尺寸的增大，交换偏置场单调减小。当NiFe2O4颗粒尺寸小于8nm时，HEB与MShift呈线性关系，这是由于铁磁/类自旋玻璃界面处的交换耦合作用。当NiFe2O4颗粒尺寸大于12nm时，HEB和MShift不再是单一的线性关系，这归因于两种不同界面的交换行为：一种是在NiFe2O4颗粒与类自旋玻璃层的铁磁/类自旋玻璃交换耦合；另一种是在NiFe2O4铁磁颗粒和NiO反铁磁相的铁磁/反铁磁耦合。
　　3.交换偏置效应的一个显著特点是锻炼效应，对NiFe2O4/NiO交换耦合纳米系统进行循环测量的磁滞回线存在明显的锻炼效应。当测量循环次数n增加时样品的HEB逐渐减小。HEB随磁场减小的规律揭示了有两种不同形式的锻炼机理存在：非热激活贡献和热激活机制。前者导致在初次循环和第二次循环之间锻炼效应的变化非常剧烈，后者导致第二次循环之后的变化相对缓慢一些。随着颗粒尺寸的增大，交换偏置场和增加的矫顽场经过锻炼过程后呈现非单调的变化关系，当样品尺寸约为22nm（S5）时为最大减少量。这时界面处的自旋粒子具有更低的动态稳定能力。HEB和△HC在锻炼过程中不同的衰减率是由于他们起源于存在不同的界面耦合机理，冻结的反铁磁自旋作为钉扎中心能有效地钉扎附近的铁磁自旋，这导致HEB的产生，而可反转的反铁磁自旋随着铁磁自旋旋转就形成了HC。

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1 绪 论

1.1 纳米磁性材料的现象和规律

1.2 铁磁-反铁磁系统交换偏置效应

1.3 本文选题依据

1.4 本章小结

2 (1-x)NiO/xNiFe2O4纳米颗粒体系制备、工艺和物性测量

2.1 纳米颗粒体系的制备方法

2.2 (1-x)NiO/xNiFe2O4纳米颗粒体系的制备

2.3 复合样品NiFe2O4/NiO的微结构分析

2.4 本章小结

3 微观结构及外场对（1-x）NiO/xNiFe2O4纳米颗粒交换偏置效

3.1 烧结温度对Ni1-xFexO纳米颗粒系统的微结构的影响

3.2 颗粒尺寸对Ni1-xFexO(x=0.09)纳米颗粒系统交换偏置效应的影响

3.3 测量磁场对Ni1-xFexO(x=0.09)纳米颗粒系统交换偏置效应的影响

3.4 本章小结

4 (1-x)NiO/xNiFe2O4纳米颗粒的锻炼效应

4.1 颗粒尺寸对Ni1-xFexO(x=0.09)纳米颗粒系统锻炼效应的影响

4.2 测量温度对Ni1-xFexO(x=0.09)纳米颗粒系统锻炼效应的影响

4.3 本章小结

5 全文总结

致谢

参考文献