低維納米結(jié)構(gòu)體系的磁性.pdf

1、制備結(jié)構(gòu)和物性可控的新型低維納米材料是納米技術(shù)的重要研究方向之一。通過控制納米體系的形貌、晶體結(jié)構(gòu)和尺寸來改善其性能并構(gòu)成具有特定功能的納米器件，是納米科學(xué)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(xiàn)出新穎的物理現(xiàn)象，在新一代垂直磁記錄和自旋電子器件中有著廣泛的應(yīng)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(xué)性質(zhì)的研究就顯得尤為重要。本文以一維結(jié)構(gòu)的納米線和二維結(jié)構(gòu)的氧化物薄膜為研究對象，對系列樣品的結(jié)

2、構(gòu)、磁性等相關(guān)物性進(jìn)行了研究。本文主體可分為三部分：
　　 1.一維納米線陣列的結(jié)構(gòu)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(dá)到最大，當(dāng)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(jié)構(gòu)中的替代、占位導(dǎo)致凈磁矩的變化有關(guān)。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(jié)構(gòu)使線體表面原子數(shù)量急劇增加，致使非線性的磁結(jié)構(gòu)占主導(dǎo)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(xiàn)導(dǎo)致了樣品的磁性減弱。
　　 2.二維稀磁半導(dǎo)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(jìn)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(lán)寶石等常用基底的磁測量數(shù)據(jù)進(jìn)行了擬合，計算了數(shù)據(jù)擬合產(chǎn)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(jù)，并對改進(jìn)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(jìn)行真空退火。采用改進(jìn)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(xiàn)。采用同樣方法制備了Al/ZnO/Al復(fù)合薄膜，并在200℃和500℃下進(jìn)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(jié)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(zhuǎn)移導(dǎo)致Al和Zn的電子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變有關(guān)。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(guān)。
　　 3.二維多鐵材料BiFeO3復(fù)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(jié)構(gòu)的鐵電相BFO和尖晶石

7、結(jié)構(gòu)的鐵磁相NFO。NFO的引入導(dǎo)致復(fù)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(xiàn)推測BFO-NFO復(fù)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(shù)量級，剩余極化強度(Mr)和飽和磁化強度(Ms)都達(dá)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(fù)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(chǎn)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(shù)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(yīng)的剩余磁化強度和矯頑場分