亞鐵磁-反鐵磁氧化物系統(tǒng)中的磁交換偏置效應(yīng).pdf

1、隨著自旋電子器件的快速發(fā)展，磁性存儲(chǔ)器件的存儲(chǔ)密度得以大大提高，使得磁電子器件更加趨于微型化。伴隨磁性器件尺度的減小，磁性材料的顆粒尺寸也進(jìn)一步減小。當(dāng)鐵磁性顆粒尺寸低于臨界值時(shí)，則會(huì)表現(xiàn)出超順磁效應(yīng)，從而使其喪失磁存儲(chǔ)功能。交換偏置效應(yīng)由于可以克服納米級(jí)材料所帶來的超順磁現(xiàn)象而受到人們的廣泛關(guān)注。另外，交換偏置效應(yīng)本身也是一種獨(dú)特的物理現(xiàn)象，具有非常重要的科學(xué)價(jià)值和研究意義。
　　目前，雖然越來越多的材料展現(xiàn)出交換偏置效應(yīng)，但其

2、研究體系仍然存在一定的局限性，關(guān)于亞鐵磁性鉻氧化物中的交換偏置效應(yīng)研究較為匱乏。與此同時(shí)，能夠引起亞鐵磁性鉻氧化物具有交換偏置效應(yīng)的復(fù)雜物理機(jī)制，更有待探索。基于以上問題，本論文重點(diǎn)圍繞亞鐵磁性過渡金屬鉻氧化物中的磁交換偏置效應(yīng)展開研究。主要研究成果和創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　(1)基于相偏析思路，采用化學(xué)共沉淀和髙溫退火處理成功地合成了具有良好界面接觸且均勻分布的NiCr2O4/Cr2O3復(fù)合樣品。實(shí)驗(yàn)表明，低溫下樣品表現(xiàn)出明顯的交換偏

3、置效應(yīng)，且強(qiáng)烈依賴測(cè)量溫度和冷卻場。給定冷卻場，交換偏置效應(yīng)隨測(cè)量溫度升高而變?nèi)酰?0K附近消失；給定測(cè)量溫度，交換偏置效應(yīng)隨冷卻場增加而大大增強(qiáng)，在冷卻場超過10kOe后交換偏置效應(yīng)逐漸趨向飽和。對(duì)實(shí)驗(yàn)綜合分析，認(rèn)為觀察到的交換偏置效應(yīng)源于界面處被凍結(jié)的反鐵磁未補(bǔ)償自旋對(duì)亞鐵磁自旋的釘扎作用。同時(shí)，對(duì)鍛煉效應(yīng)的測(cè)試和分析證實(shí)了鍛煉效應(yīng)的出現(xiàn)源于非熱和熱激活兩種機(jī)制。
　　(2)利用高能球磨將小尺寸CoCrO4顆粒和較大尺寸Ni

4、O顆粒均勻混合，直接形成CoCr2O4/NiO納米顆粒系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)表明，CoCr2O4/NiO納米顆粒系統(tǒng)在低溫下表現(xiàn)出了可觀測(cè)的交換偏置效應(yīng)，10K時(shí)，交換偏置場歷b和縱向磁化強(qiáng)度偏移量分別為872Oe和0.074emu/g。隨溫度升高，交換偏置效應(yīng)逐漸變?nèi)酰⒃?0K附近消失。
　　(3)基于相偏析思路，采用化學(xué)共沉淀和高溫退火處理成功地制備了具有良好界面接觸且均勻分布的NiCr2O4/NiO二相復(fù)合系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)表明，樣品在低溫下

5、表現(xiàn)出非常明顯的交換偏置效應(yīng)。10K時(shí)，HEB和Mshift分別高達(dá)11.86kOe和0.7emu/g,遠(yuǎn)高于NiCr2O4/Cr2O3樣品相同條件下得到的值，且溫度、冷卻場以及鍛煉循環(huán)次數(shù)對(duì)磁交換偏置的影響均明顯不同于NiCr2O4/Cr2〇3。另外，樣品中存在類自旋玻璃相得到證實(shí)?；陬愖孕Ａ嘀斜粌鼋Y(jié)自旋和可翻轉(zhuǎn)自旋間的互相釘扎，對(duì)溫度、冷卻場以及鍛煉循環(huán)次數(shù)對(duì)磁交換偏置的影響進(jìn)行了分析和解釋。將NiCr2O4/NiO中不尋常的

6、交換偏置效應(yīng)歸因于兩相界面處類自旋玻璃相的形成，其使得界面處自旋受挫區(qū)域的面積變大且被凍結(jié)自旋和可翻轉(zhuǎn)自旋間互相釘扎現(xiàn)象更為強(qiáng)烈，從而導(dǎo)致明顯增強(qiáng)的交換偏置效應(yīng)。
　　(4)對(duì)NiCr1.9Mn0.1O4單相樣品的磁行為、交換偏置效應(yīng)及變化規(guī)律、類自旋玻璃相存在的跡象等進(jìn)行了系統(tǒng)地實(shí)驗(yàn)研究和分析。結(jié)果表明，亞鐵磁單相鉻氧化物也表現(xiàn)出類似于NiCr2O4/NiO中所看到的交換偏置效應(yīng)。對(duì)A-T規(guī)律、高場弛豫、HEB和Mshift隨溫