一維磁性納米陣列材料-閆種可剖析

報告人：閆種可導(dǎo)師：秦麗溶一維磁性納米陣列材料磁記錄介質(zhì)的發(fā)展一維磁性納米線陣列的探討現(xiàn)狀一維磁性納米線列的磁學(xué)性質(zhì)磁性納米線陣列的潛在應(yīng)用基于AAO的一維磁性納米線陣列的制備計算機磁盤的結(jié)構(gòu)硬盤的存儲密度在不同的時間磁記錄密度增長圖

水平磁記錄與垂直磁記錄中磁介質(zhì)排列的原理圖近年來在高密度磁記錄方面的探討熱點主要是垂直磁記錄，其中一個重大的突破就是量子磁盤，磁存儲密度高達量子磁盤掃描電鏡圖量子磁盤示意圖一維磁性納米陣列的探討現(xiàn)狀

由于磁性納米線陣列在高密度垂直磁記錄領(lǐng)域有著迷人的應(yīng)用前景最近幾年有關(guān)磁性納米陣列制備這方面的探討日趨活躍。1985年，日本M.shiraki小組，制備并探討了鐵、鈷、鎳納米線陣列的磁特性，但他們制備的納米線并不是有序的。1993年，Whitney和C.Lchien等人在高分子模板中用電化學(xué)制備方法沉積鎳、鈷納米線陣列，探討并發(fā)覺制備的磁性納米線陣列具有高矯頑力、高矩形比的磁學(xué)特性，磁性納米線陣列在超高密度磁存儲方面的潛在應(yīng)用引起人們的廣泛關(guān)注。2000年于冬亮等人陽極氧化鋁膜內(nèi)電沉積制得鈷納米線陣列制備出高度有序的鈷納米線陣列對其結(jié)構(gòu)和性能進行探討表明鈷納米線是一種密排六方結(jié)構(gòu)其陣列體系具有高的矯頑場和矩形比可預(yù)期用來作為良好的垂直磁記錄材料2003年P(guān)ham-Huu等首次在多壁碳納米管中制備了納米線探討了退火條件對納米線形貌和結(jié)晶的影響并對其磁學(xué)性能進行了表征磁記錄介質(zhì)的發(fā)展趨勢與要求

磁記錄是當今應(yīng)用面最廣的一種信息記錄方式，它可以記錄一切可轉(zhuǎn)換成電訊號的信息。磁記錄介質(zhì)具有記錄密度高、穩(wěn)定牢靠、可反復(fù)運用、可記錄頻率范圍寬、信息寫入后可馬上讀出、價格便宜等優(yōu)點，目前已被廣泛應(yīng)用于廣播、電視、電影、文化教化、醫(yī)療衛(wèi)生、自動限制、地質(zhì)勘探、電子計算技術(shù)、軍事技術(shù)、宇宙航行和家庭消遣等領(lǐng)域。垂直磁記錄介質(zhì)要求:磁記錄的密度，是由磁記錄介質(zhì)的性能所確定的。作為一種優(yōu)異的磁記錄介質(zhì)，它應(yīng)當具有良好的磁性磁記錄介質(zhì)屬于永磁材料，它之所以能長期保存記錄的信息，是依靠材料的剩余磁感應(yīng)強度。這就要求介質(zhì)具有足夠高的矯頑力，以防止磁化后自退磁和外磁場的干擾，避開記錄信息的消逝。但矯頑力的大小應(yīng)與運用的磁頭所能產(chǎn)生的磁場大小相匹配。一般要求介質(zhì)的Hc在600oe左右;但在高密度記錄時運用的介質(zhì)的Hc已高達2000oe左右。（a)高矯頑力Hc這樣的磁記錄介質(zhì)在其次象限的退磁曲線的形態(tài)變得更方，可以提高高頻記錄的輸出。一般要求Hc/Hc<0.4。(b)開關(guān)場分布Hc/Hc要窄

S越大磁滯回線的方形度越好，材料的信號輸出量越大，較大的矩形比能減小自退磁效應(yīng)，從而提高信息記錄的效率。一般要求>0.8磁性納米線陣列可以作為一種可能的高密度垂直磁記錄介質(zhì)，它的理論記錄可以高達400Gb/in有望將磁記錄介質(zhì)的存儲密度上升一個新的臺階(c)矩形比要盡可能高基于AAO的一維磁性納米陣列的制備

一維磁性納米材料主要是指磁性材料的納米棒、納米線和納米管，以及以它們?yōu)榻Y(jié)構(gòu)單元組成的復(fù)合體系。

(a)電化學(xué)沉積法這種方法主要用在高分子模板或氧化鋁模板中制備各種金屬納米線(b)無電沉積法無電沉積是通過電化學(xué)還原劑將金屬從溶液中沉積到表面(c)化學(xué)聚合法化學(xué)聚合法是將模板浸入到含有單體和聚合物引發(fā)劑的溶液中，使單體在模板孔洞內(nèi)生成高聚物納米線。(d)溶膠一凝膠法溶膠一凝膠法是指先利用化學(xué)水解的方法制備出溶膠體系，把AAO模板放入溶膠中一段時間，由于AAO模板孔壁帶負電荷，而溶膠一般帶正電荷，因此溶膠由于其熱力學(xué)不穩(wěn)定性很簡潔被吸附而沉積在孔中形成納米管、納米線和納米棒?；贏AO的一維磁性納米陣列的制備Al氧化鋁AuNi利用不通電解液制備的氧化鋁模板正面的SEM圖:(a)25nm(b)45nm(c)90nm(d)225nm電化學(xué)沉積制備納米線裝置示意圖電化學(xué)沉積金屬納米線陣列流程圖去掉部分AAO的Ni納米線陣列分叉結(jié)構(gòu)的Ni納米線一維納米陣列的磁性直徑30nmFe納米線陣列的SEM與XRD單質(zhì)Fe納米陣列直徑30nmFe納米線陣列磁滯回線Hc(Oe)外場方向Hc(Oe)Mr/MsH（∥）24100.87H（⊥）4700.10影響磁性納米線磁性能的主要能量因素

磁晶各向異性:磁性隨單晶體的晶軸方向不同而有所差別，這種現(xiàn)象存在于任何鐵磁晶體中故亦稱為自然各向異性，與材料的本征特性相關(guān)。由形態(tài)引起的的能量各向異性稱為形態(tài)各向異性，它來源于退磁能。納米線間的靜磁耦合作用形態(tài)各向異性：不同直徑Fe納米陣列的磁性不同直徑Co納米陣列的磁性隨角度的變更直徑20、30、40nm的Co納米線在0、30、60、90度的磁滯回線直徑20,30,40nm的Co納米陣列矯頑力隨角度的變更納米線直徑較小時(<55nm)趨于單疇結(jié)構(gòu)，磁化過程通過單疇內(nèi)原子磁矩的一樣轉(zhuǎn)動來完成

納米線直徑較大時趨于多疇結(jié)構(gòu)，磁化過程通過磁疇壁移動來實現(xiàn)。由于形態(tài)各向異性多層磁性納米線陣列的磁性直徑60nmNi/Fe多層納米線陣列的磁滯回線外場方向Hc(Oe)Mr/MsH（∥）602

0.235H（⊥）100

0.0136直徑60nmCo/Fe多層納米線的磁滯回線外場方向Hc(Oe)Mr/MsH（∥）703

0.405H（⊥）2010.0266直徑40nmNi/Co多層納米線的磁滯回線外場方向Hc(Oe)Mr/MsH（∥）6020.333H（⊥）3600.155磁性納米線陣列的潛在應(yīng)用新型多層納米線陣列的開發(fā)是今后多層納米陣列的一個重要探討方向。如鐵磁金屬/超導(dǎo)體多層納米線、顆粒納米線等。高密度磁記錄介質(zhì)自旋電子學(xué)的發(fā)展受到磁記錄的大力推動，1994年IBM公司研制出巨磁電阻讀出磁頭，將磁盤的記錄密度提高了17倍，該技術(shù)快速推廣到磁記錄領(lǐng)域。也正是在磁記錄方面的應(yīng)用的推動，使得巨磁電阻效應(yīng)這一現(xiàn)象漸漸發(fā)展成為自旋電子學(xué)這門新學(xué)科。該效應(yīng)在磁隨機存儲器、量子計算領(lǐng)域等方面也有巨大應(yīng)用前景。自旋電子學(xué)目前主流的數(shù)據(jù)儲存手段為傳統(tǒng)磁記錄硬盤，存在著耗電量高、不耐震和運轉(zhuǎn)噪音大等缺點。業(yè)內(nèi)公司IBM最近宣布，他們支配用10年時間開發(fā)出一種名為“賽