新型磁性納米粒子組裝薄膜的結(jié)構(gòu)、磁性和電輸運(yùn)特性研究.pdf

1、納米粒子以及由它們構(gòu)成的納米結(jié)構(gòu)材料由于具有尺寸效應(yīng)、量子限域效應(yīng)和界面效應(yīng)，通常顯示出許多不同于常規(guī)塊體材料的磁、光、電等特性，在現(xiàn)代工業(yè)、國防和高新技術(shù)發(fā)展中充當(dāng)著重要的角色。納米粒子復(fù)合薄膜材料由于其兼有復(fù)合材料和納米材料兩者的優(yōu)點(diǎn)，引起了越來越多的關(guān)注，并成為一個(gè)重要的前沿研究領(lǐng)域。
　　本論文的研究工作包括兩個(gè)方面:1）利用納米粒子束流復(fù)合薄膜沉積系統(tǒng)將由等離子體濺射惰性氣體冷凝法制備的Fe65Co35合金納米粒子原位封

2、裝到由常規(guī)磁控濺射制備的Ni0.5Zn0.5Fe2O4薄膜中，制備了Fe65Co35@Ni0.5Zn0.5Fe2O4雙磁性相納米復(fù)合薄膜，并系統(tǒng)地研究了合金納米粒子含量和退火處理對其微觀結(jié)構(gòu)和磁學(xué)性質(zhì)的影響;2）利用等離子體濺射惰性氣體冷凝的方法制備了尺寸均一的Fe、Co納米粒子組裝薄膜，并系統(tǒng)研究了粒子尺寸的均一性、粒子尺寸大小、氧化程度等對其結(jié)構(gòu)、磁性和電輸運(yùn)性質(zhì)的影響。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)在Fe65Co35@Ni0

3、.5Zn0.5Fe2O4納米復(fù)合薄膜中，F(xiàn)e65Co35合金納米粒子被Ni0.5Zn0.5Fe2O4薄膜所包覆，形成的復(fù)合薄膜呈顆粒狀結(jié)構(gòu)，而不是常規(guī)薄膜的柱狀結(jié)構(gòu)，復(fù)合薄膜的磁學(xué)和電學(xué)性質(zhì)主要由其復(fù)合狀態(tài)和合金納米粒子含量所決定。隨后的退火處理可以進(jìn)一步改善復(fù)合薄膜的軟磁性質(zhì)，隨著退火溫度的升高，復(fù)合薄膜的飽和磁化強(qiáng)度逐漸增加，矯頑力呈現(xiàn)出一個(gè)較復(fù)雜的變化趨勢。對于Fe65Co35合金納米粒子含量為24.5 wt.％的復(fù)合薄膜，經(jīng)60

4、0℃退火處理后，其矯頑力降低至26 Oe，飽和磁化強(qiáng)度增至297 emu/cm3，表現(xiàn)出優(yōu)良的軟磁性質(zhì)。
　　(2)隨著測量溫度的升高，F(xiàn)e納米粒子組裝薄膜的飽和反常霍爾電阻率（ρAxy）先增加后降低并伴隨著符號(hào)從正的到負(fù)的轉(zhuǎn)變。當(dāng)粒子尺寸從4.3 nm增加到10.1 nm時(shí)，飽和反?；魻栯娮杪始眲〗档?而當(dāng)粒子尺寸由10.1 nm增加到16.1 nm時(shí)，飽和反常霍爾電阻率的降低較為緩慢。特別是在粒子尺寸為4.3 nm的納米粒子組

5、裝薄膜中觀測到一個(gè)巨大增強(qiáng)的反?；魻栃?yīng)，其反常霍爾系數(shù)比塊狀Fe的高了近4個(gè)數(shù)量級(jí)。在雙對數(shù)坐標(biāo)系中，隨著縱向電阻率(ρxx)的增加，飽和反?；魻栯娮杪手饾u降低并滿足一個(gè)新的標(biāo)度規(guī)律:log(ρAxv/ρxx)=口0+ b0 logρxx。
　　(3)在不同氧化程度的Co納米粒子組裝薄膜中，薄膜的縱向電阻率隨溫度的變化均存在一個(gè)最小值，隨著氧氣流量的增加，最小值的位置從150 K升高至300 K，但當(dāng)氧氣流量大于0.10 scc

6、m時(shí)最小值的位置不再變化。當(dāng)氧氣流量為0和0.05 sccm時(shí)，Co納米粒子組裝薄膜在325-375 K的溫度區(qū)間內(nèi)滿足標(biāo)度關(guān)系ρAxv∝ργxx（γ=1.2、1.24）。當(dāng)氧氣流量為0.10 sccm、0.15 sccm和0.20 sccm時(shí)，在雙對數(shù)坐標(biāo)系中，在兩個(gè)溫度區(qū)間（5-300 K和325-375 K）上，飽和反?；魻栯娮杪示S著縱向電阻率的增加而逐漸降低，也滿足新的標(biāo)度規(guī)律:log(ρAxy/ρxx)=a0+b0logρx