磁纳米颗粒系统的交换偏置及锻炼效应

摘要

磁纳米颗粒系统中的交换偏置效应的研究是当前自旋电子学领域的研究热点问题。由于交换偏置效应可以很好的解决微型存储器件中的超顺磁现象，所以铁磁/反铁磁纳米颗粒系统的交换偏置效应的研究显得尤为重要，它将为研究新一代自旋电子器件奠定物理基础。本文主要以铁氧体/反铁磁氧化物复合材料颗粒体系为研究对象，探讨了样品的微观结构和交换偏置效应，通过改变样品内在微结构和外部物理场来实现对交换偏置效应的宏观调控。具体工作包括以下几个方面：
　　 1.研究了微结构对磁纳米颗粒体系的磁性和交换偏置效应的影响。分别用化学共沉淀法、溶胶凝胶法和两相直接复合法制备出了Cu0.85Fe0.15O 颗粒样品，结果表明，用化学共沉淀法制备的Cu0.85Fe0.15O 样品在低温时具有较好的交换偏置效应，因此选择共沉淀法制备的Cu1-xFexO为具体研究对象。样品（x=0.15）经不同温度（350℃≤TS≤650℃）烧结后，具有明显的颗粒尺寸效应。随着颗粒尺寸的增大，样品的磁性由顺磁转变为铁磁性，交换偏置场急剧减小，同时颗粒尺寸d=20nm的样品具有最大的矫顽力。不同掺杂浓度的Cu1-xFexO（0.10≤x≤0.65）纳米颗粒的微观结构表明，当0.10≤x≤0.30时，颗粒系统中偏析出相同的一种铁磁性相CuFe2O4，当0.40≤x≤0.65时偏析出CuFe2O4和Fe2O3。所有不同掺杂浓度的样品均在低温区表现出水平和垂直交换偏置效应，在x=0.20时均最明显。交换偏置场随掺杂浓度的变化趋势表明，反铁磁体对铁磁体或未补偿自旋的钉扎作用起着至关重要的作用。
　　 2.研究了温度场、测量磁场和冷却磁场等外场对交换偏置效应的影响。Cu1-xFexO（x=0.15）纳米颗粒，经加场冷却到50K 以下时，同时观察到水平和垂直交换偏置效应，并且交换偏置场和矫顽力都随温度的升高迅速减小。交换偏置效应起因于在铁磁/反铁磁表面存在交换耦合和类自旋玻璃相。在固定的冷却磁场下温度为10K时，HEB 随测量磁场的增大而减小，与之相反的是HC 随测量磁场的增大而增大。在不同的冷却磁场（5 kOe≤HFC≤20kOe）下处理的样品均存在交换偏置效应，当HFC=10kOe时HEB 最大，当冷却磁场进一步增加时，HEB 随冷却磁场的变化略有减小并趋于饱和状态。
　　 3.锻炼效应是交换偏置效应的一个显著特点，在HFC=10kOe下同一温度循环测量的磁滞回线存在明显的锻炼效应，随着测量循环的增加样品的HEB和HC 逐步减小。HEB 随测量磁场减小的规律揭示了样品磁化反转时存在两种磁反转机制。不同冷却磁场下测量的锻炼效应表明，锻炼效应强烈地依赖于冷却磁场和测量温度。冷却磁场越大，样品(1-x) NiO/xNiFe2O4（x=0.05）的锻炼效应越明显；不同温度测量的锻炼效应，温度越高锻炼效应越明显，说明温度越低亚稳态的自旋构型具有越高的动态稳定能力，同时热扰动越小。
　　 4.采用溶胶凝胶法制备的MFe2O4（M=Co、Ni）和采用共沉淀法制备的CuO 直接复合得到了xMFe2O4/(1-x)CuO（x=0.05）复合材料,对这一磁纳米颗粒系统的交换偏置效应进行了研究。探讨了交换偏置系统中不同的铁磁性相和交换偏置效应的关系。xCoFe2O4/(1-x) CuO 系统中具有更明显的交换偏置效应，同时截止温度也较高，这主要是由于CoFe2O4的铁磁性更强，造就了更强的铁磁/反铁磁之间的耦合作用。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

2 交换偏置材料的制备及物性测量

3 微观结构对Cu1-xFexO纳米颗粒交换偏置效应的影响

4 外场对Cu1-xFexO纳米颗粒交换偏置效应的影响

5 Cu1-xFexO及(1-x)NiO/xNiFe2O4 纳米颗粒的锻炼效应

6 MFe2O4 /CuO(M=Co, Ni)复合材料的交换偏置效应

7 全文总结

致谢

参考文献

附录