低维反铁磁性材料奈尔转变温度的表面和界面效应

摘要

磁性材料因其在电子通讯、科技国防等领域的广泛应用而被大量研究，而低维小尺寸材料也因为其与块体材料显著不同的相关物理性能吸引了更多的关注。那么，研究和分析磁性纳米材料对我们日益发展的科技和生活来说显得尤为重要。我们以纳米磁性材料反铁磁性转变温度，即奈尔温度为研究对象，分析材料表面和界面的形成对低维材料奈尔温度的影响，并探究了低维磁性材料奈尔温度的尺寸依赖性。
　　在材料表面和外延生长机制下形成的界面中，相关的原子会产生配位缺陷，从而对与奈尔转变温度相关的结合能-交换能产生一定的影响。本文将键序-键长-键强理论、Ising模型和纳米团簇核壳结构结合建立一个理论的外延生长界面模型，进而构建出描述低维反铁磁体的奈尔温度与尺寸关系的方程，并与大量的现有实验数据进行对比。此模型不仅能很好的解释不同基底对造成奈尔温度的截然相反规律的原因，而且还能够有效的预测和指导在实际调制奈尔温度的可供选择材料和方式，具体工作如下：
　　(1)我们建立了低维材料奈尔温度的表面效应模型，这一模型表明：表面会抑制低维材料的奈尔温度，使奈尔温度随着低维材料尺寸的减小而降低，并且这一模型适用于反铁磁性的单质金属(如Ho)和金属氧化物(如CuO、GdO等)。
　　(2)基于断键理论，我们建立了奈尔温度界面效应模型，这一模型很好的解释了界面奈尔温度随反常现象，即在界面机制下，低维材料奈尔温度具体值高于块体并且随着低维材料尺寸的减小奈尔温度不断升高。
　　(3)我们的研究发现：无论是在表面效应还是在界面效应机制下，低维材料奈尔温度的尺寸效应都是由于表面和界面原子的原子数目在体系原子总数中的比重随着尺寸的减小而不断升高引起的，即材料尺寸的减小会导致存在配位缺陷的原子数目较体系原子总数比例的上升，产生能量的畸变。
　　我们的模型是从材料的本质出发，即从原子的配位状态及化学键的角度讨论了反铁磁薄膜形态与薄膜厚度之间的关系。预测了各种不同维度、基底的磁性材料奈尔温度的尺寸依赖性，并与实验结果进行了比较。理论模型的预测趋势和计算机的模拟计算结果以及相关实验数据都有很好的匹配性。

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第1章 绪 论

1.1 反铁磁性材料

1.2 低维材料奈尔温度的研究现状

1.3 本论文的研究目的和研究内容

第2章 理论方法

2.1 Ising模型

2.2断键理论

2.3 纳米材料的比表面积

2.4 纳米材料可测物理量的基本算法

2.5 本章小结

第3章 奈尔温度的表面效应

3.1表面效应简介

3.2奈尔温度表面效应模型的建立

3.3奈尔温度表面效应弛豫模型的特点

3.4金属单质和化合物奈尔温度的表面效应

3.5 本章小结

第4章 奈尔温度的界面效应

4.1界面效应简介

4.2奈尔温度界面效应模型的建立

4.3奈尔温度的界面效应模型的特点

4.4奈尔温度表面效应和界面效应的理论综合

4.5几种反铁磁材料奈尔温度的界面与表面效应

4.6本章小结

第5章 总结和展望

5.1全文总结

5.2 工作展望

参考文献

致谢

个人简历与在校期间发表的学术论文与研究成果