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1、钴纳米线异常矫顽力,王玉波 20090273 邱林俊 20090274,背景,近年来,由于磁性金属巨大的潜在应用价值,对磁性金属已引起广泛的关。特别是铁、钴、镍及其合金系列一维磁性金属,由于他们的形状各向异性,经常表现出独特的、可调的磁性。磁性纳米线广泛研究的三个方面: (1)确定纳米线实际易轴的决定因数 (2)纳米阵列的磁化反转过程 (3)磁纳米线相互作用,1. 引言,阳极氧化铝模板(AATO模板孔径分别为20nm和50nm)放入电解液中用交流电进行沉积(20nm制备所用电解液PH=4.5,50nm所用电解液PH=6.5)泡在HgCl2除去AlNaOH溶液里纳米线脱离AAOT.得到Co纳米线
2、,2.1 制备:,2. 主要内容,一般来说,矫顽力随着金属纳米线的直径增加而减少。直径 矫顽力异常 50nm钴纳米线 1990 Oe 20nm钴纳米线 925 Oe,2.2 实验发现,3. 磁各向异性,磁晶各向异性:晶体结构的各向异性所产生,形状向异性:磁性体体结构非球对称,各方向退磁场不同而产生,应力向异性:由于磁弹性耦合,磁性合金中应力通过磁滞伸缩效应而产生,感生各向异性:外部原因(如热处理)引起的一种永久性或暂时性的磁各向异性,交换各向异性:存在铁磁反铁磁(或亚铁磁),界面原子交换耦合,使磁体附加单“向”的各向异性,能导致不对称磁滞回线,不相等矫顽力。,由a和c可知AATO的平均孔径分别
3、约为20nm和50nm。由b和d可知Co纳米线的长度超过2um,直径分别约为20nm和50nm。,4. 实验结果和讨论,4.1 Co纳米线的磁滞回线,由图可知直径为20nm的Co纳米线矫顽力925Oe,且矩形比为0.72然而直径为50nm的Co纳米线矫顽力为1990Oe,且矩形比为0.82相比异常(一般,矫顽力随着金属纳米线的直径增加而减少),4.2 Co纳米线的XRD图,由图可知,两个纳米线阵列均为hcp构,且易生长方向随Co纳米线直径而改变。 a图中纳米易线生长方向为(100)面。 b图中纳米线生长方向包含(100),(002)(101)面。,直径为20nm的Co纳米线,易生长面为(100
4、)面,形状各向异性方向沿长轴方向,而磁晶各向异性方向为垂直于长轴,即垂直于形状状各向异性方向,而形状各向异性(Ks=6x106 erg cm 3)可以和磁晶各向异性(5 106 erg cm 3)相比拟,所以Co纳米线的形状各向异性可以和磁晶各向异性相互竞争,使宏观磁性降低。 直径为50nm的Co纳米线,比起20nm的,易生长面多了(002)和(101),形状各向异性方向沿长轴方向,而磁晶各向异性方向部分平行于长轴,即部分平行于形状状各向异性方向,它们之间相互竞争相对较小,使宏观磁性相对较高。,接上图可知:,3,4.3 3D OOMMF(微磁框架模拟软件),由于结构如何影响静态磁矩和矫顽力值仍
5、然没有解决。所以采用微磁模拟来研究这种有特殊结构的Co纳米线的静态磁矩分布和磁化反转过程。在微磁框架模拟程序中把我们研究的材料放入有规律的3维格子中,再通过朗道 - 利弗席兹方程可以得到磁性分布。,朗道 - 利弗席兹方程,衰减系数,网眼磁化强度,有效场磁场强度,各向异能,塞曼分裂能,退磁能,旋磁比,外场方向平行于长轴 直径为20nm且有(100)织构的纳米线矫顽为1260Oe 直径为50nm且有(002)织构的纳米线矫顽力为4845Oe 表明: 当考虑磁晶各向异性的影响时,直径为50nm的Co纳米线矫顽力比直径为20 nm的样品高得多,与之前实验结果相符。,4.4 Co纳米线的磁滞回线(微磁模
6、拟),4.5 不同晶型静态磁矩的分布,50 nm的纳米线的磁矩是沿长轴方向,除了一些磁矩在纳米线边缘部分倾斜。 20 nm的纳米线中间的磁矩异常的旋转了360。其它磁矩的分布和直径为50nm的纳米线类似。 表明:直径为20nm的纳米线磁矩不正常改变和(100)晶面有关,然而矫顽力不正常的增加是由于(002)晶面的出现。,由AAOT方法制备直径20nm和50nm的钴纳米线阵列 磁性测量表明矫顽力和矩形比随着直径不正常变化,且矫顽力随着直径的增加而增加。 XRD结果表明,(10 0)和(10 0)、002)、1 0 1)反射面分别在直径为20 nm和50nm的Co纳米线中被发现。 结合XRD的结果,微磁模拟证明矫顽力的非正常增加起源于(002)晶面。,5. 结论,磁性金属有形状各向异性,而表现出独特可调磁性,具有很大的潜在价值。金属纳米线可运用于纳米集成器件、癌症热疗、高密度垂 直磁记录介质等。,6. 应用,谢谢,