低維納米結構體系的磁性.pdf

1、制備結構和物性可控的新型低維納米材料是納米技術的重要研究方向之一。通過控制納米體系的形貌、晶體結構和尺寸來改善其性能并構成具有特定功能的納米器件，是納米科學研究的熱點。低維體系的納米材料，由于其磁組態(tài)往往表現出新穎的物理現象，在新一代垂直磁記錄和自旋電子器件中有著廣泛的應用。隨著器件的小型化，磁性器件單元的尺度越來越小，因而對低維納米體系磁學性質的研究就顯得尤為重要。本文以一維結構的納米線和二維結構的氧化物薄膜為研究對象，對系列樣品的結

2、構、磁性等相關物性進行了研究。本文主體可分為三部分：
　　 1.一維納米線陣列的結構與磁性
　　 采用溶膠真空灌注AAO模板法成功的制備了Ni1-xMnxFe2O4(x=0.00-0.75)納米線陣列。在Mn摻雜濃度為0.5時，飽和磁化強度達到最大，當錳濃度增加至0.75，飽和磁化強度下降。磁化強度的變化與Mn離子在尖晶石結構中的替代、占位導致凈磁矩的變化有關。未摻雜的NiFe2O4納米線的飽和磁化強度略低于塊體材料，這

3、是由于疏松的微結構使線體表面原子數量急劇增加，致使非線性的磁結構占主導地位所致。而對于摻雜的樣品，磁化強度均大于塊體材料的磁化強度。
　　 采用直流電沉積方法制備了CoZn納米線，后期退火形成了Co摻雜ZnO納米線陣列。在500℃退火的樣品中觀察到了最大的矯頑力Hc//=925 Oe和最大的剩磁比Mr/Ms=69％。高溫退火后CoO的出現導致了樣品的磁性減弱。
　　 2.二維稀磁半導體(DMSs)薄膜的磁性表征
　

4、　 在這部分工作中，針對弱磁性信號材料的磁性表征困難問題，基于物理性能測量系統(tǒng)PPMS-6000中的磁性測量模塊，提出了一種改進的磁性修正方法，首次考慮了基底對樣品矯頑力的影響，并對玻璃、單晶硅和藍寶石等常用基底的磁測量數據進行了擬合，計算了數據擬合產生的磁矩誤差和系統(tǒng)測量誤差，分析了基底M-H曲線零點附近的非線性對樣品信號的影響，并與傳統(tǒng)磁性修正方法做了比較，給出了判斷小磁化值材料磁性的依據，并對改進修正方法的普適性作了說明。

5、>　　 采用磁控共濺射方法，在不同氬氧比(6:1、4:1、2:1、1:1)下制備了非磁性金屬Al摻雜ZnO納米薄膜。并對薄膜樣品在不同溫度200℃、300℃、400℃和500℃下進行真空退火。采用改進的磁性修正方法，在Al-ZnO系列薄膜中沒有觀察到室溫鐵磁性的出現。采用同樣方法制備了Al/ZnO/Al復合薄膜，并在200℃和500℃下進行真空退火30 min，然后再在空氣氛圍中相同溫度下退火30 min。修正后的磁性測量結果顯示，真

6、空退火后再空氣退火的樣品顯示出了明顯的室溫鐵磁性。磁性的來源可能與Al和ZnO基體之間發(fā)生的電荷轉移導致Al和Zn的電子結構發(fā)生改變有關。對于磁性金屬Fe摻雜的TiO2薄膜，觀察到了室溫鐵磁性，鐵磁性的來源可能與磁性離子的替代有關。
　　 3.二維多鐵材料BiFeO3復合薄膜的磁性與電性
　　 采用溶膠旋涂法制備了NiFe2O4-BiFeO3薄膜。X射線衍射圖譜(XRID)顯示形成了分離的鈣鈦礦結構的鐵電相BFO和尖晶石

7、結構的鐵磁相NFO。NFO的引入導致復合薄膜的泄漏電流減小，剩余極化強度增加。通過計算NFO的鐵磁貢獻推測BFO-NFO復合薄膜中可能存在著磁電耦合。相比于純BFO薄膜，0.25NFO-0.75BFO樣品泄漏電流下降了約兩個數量級，剩余極化強度(Mr)和飽和磁化強度(Ms)都達到最大值，分別為2.31μC/cm2和70.2emu/cm3。
　　 采用溶膠旋涂法制備了BiFe1-xMnxO3系列薄膜，并利用磁控濺射方法在BiFe1

8、-xMnxO3薄膜表面濺射一層TiO2阻擋層，形成了TiO2/BiFe1-xMnxO3復合薄膜。阻擋層的引入有效地抑制了BFMO薄膜中Bi的揮發(fā)，消除了雜相，同時也大大減少了BFMO薄膜表面存在的大量懸鍵產生的氧空位和勢阱，降低了泄漏電流。鐵電測試表明，TiO2層的引入使得BFMO的泄漏電流密度降低了大約兩個數量級，剩余極化強度提高了約十倍。
　　 在Mn替代濃度為10％的樣品中觀察到了較強的鐵磁性，相應的剩余磁化強度和矯頑場分