模板-電沉積法制備磁性納米線陣列

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1、中南大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論早在1959年，著名的理論物理學(xué)家理查德·費(fèi)曼就預(yù)言了“納米”世界的巨大創(chuàng)新空間【啦】。人類對世界的認(rèn)識不斷深入，上至宇宙天體、下至分子原子，處于宏觀與微觀之間的介觀領(lǐng)域也終于引起了人們的關(guān)注。20世紀(jì)80年代末，隨著掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡等先進(jìn)儀器的出現(xiàn)，小尺寸大世界的納米科技終于得以實(shí)現(xiàn)【2l。納米科技是研究尺寸在0．1'--100nm之間的物質(zhì)組成的體系的運(yùn)動規(guī)律和相互作用以及可能的實(shí)際應(yīng)用中的技術(shù)問題的科學(xué)技術(shù)【l】?！凹{米”，是從英文“Nanometer”翻譯而來，lnm=10

2、‘9m，約為4．5個原子排列的長度。納米材料則是納米技術(shù)的一部分，是納米技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)。納米材料以其各種奇特的性能，吸引了無數(shù)科學(xué)工作者的眼球。發(fā)展至今，納米科技已成為物理、化學(xué)、材料、生物等多種學(xué)科的交叉點(diǎn)，給各學(xué)科的發(fā)展提供了許多契機(jī)與挑戰(zhàn)。與常規(guī)材料相比，納米體系的光、電、熱、磁等物理性質(zhì)出現(xiàn)許多新奇特性，如超順磁性、龐磁電阻效應(yīng)、良好的吸波性等，大大豐富了凝聚態(tài)物理的研究范圍。其中納米磁性材料是應(yīng)用最為廣泛的一種納米材料，它開辟了磁學(xué)研究的新領(lǐng)域，成為當(dāng)代磁學(xué)研究的熱點(diǎn)【l】。1．1磁性納米材料簡介納米材料，廣義地

3、說是指三維空間中至少有一維處于納米尺度(1．100nm)的材料【l】。按維數(shù)，納米材料通?？梢苑譃槿悺?】：零維，空間的三維尺度均處于納米尺度，如納米尺度顆粒、原子團(tuán)簇等；一維，在空間上有兩維處于納米尺度，如納米線、納米棒、納米管等；二維，在三維空間中只有一維在納米尺度，如超薄膜、多層膜、超晶格等。納米磁性材料是納米材料家屬中應(yīng)用最為廣泛的一員，納米磁性材料的特性不同于常規(guī)的磁性材料，主要是由于與磁特性相關(guān)的物理長度恰好處于納米量級，例如磁單疇尺寸、超順磁磁性臨界尺寸、交換作用長度等大致在1姍～100nm量級【3'4】。

4、當(dāng)磁性材料結(jié)構(gòu)尺寸與這個物理長度相當(dāng)時，就會呈現(xiàn)出反常的磁學(xué)性質(zhì)，人們稱之為“介觀磁性"。1．1．1磁性納米材料的性質(zhì)(一)量子尺寸效應(yīng)我們由固體能帶理論可知，塊狀金屬傳導(dǎo)電子的能譜為準(zhǔn)連續(xù)的能帶。但當(dāng)中南大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論顆粒尺寸減小時，連續(xù)的能帶將分裂為分立的能級。當(dāng)能級的平均間距大于熱能、磁能、靜電能、光子能、超導(dǎo)態(tài)的凝聚能時，就會產(chǎn)生異于宏觀的效應(yīng)，即被稱為量子尺寸效應(yīng)【l】。對于磁性材料而言，一般塊狀體金屬的磁化率為常數(shù)，即遵從泡利(Pauli)磁化定律(磁化率與溫度之間無依賴關(guān)系)。但在低溫低磁場情況下

5、，納米粒子的磁性與它所含的總電子數(shù)的奇偶性密切相關(guān)，含奇數(shù)電子的納米磁粉的磁化率都遵從居里．外斯定律(磁化率與溫度密切相關(guān))。而含偶數(shù)電子的納米磁粉的磁化率都為零，這就稱為磁性量子尺寸效應(yīng)15J。(二)超順磁性隨著磁性粒子體積的減小，當(dāng)小到微粒的各向異性能遠(yuǎn)小于熱運(yùn)動的能量時，微粒中的磁化矢量不再具有確定的方向，粒子的行為便類似于順磁性，因此這種磁性被稱之為超順磁性【6J。具有超順磁性的材料在外加磁場的作用下，不會出現(xiàn)磁滯回線現(xiàn)象，且不同溫度下的磁化曲線可互相重合。(三)量子隧道效應(yīng)微觀粒子具有貫穿勢壘的能力稱為隧道效應(yīng)。

6、由于量子力學(xué)的作用，一些宏觀量例如磁化強(qiáng)度、磁通量等具有隧道效應(yīng)化，這就是磁性的量子隧道效應(yīng)。近年人們發(fā)現(xiàn)Fe-Ni薄膜中疇壁運(yùn)動速度在低于某一臨界溫度時基本上與溫度無關(guān)。于是，有人指出量子力學(xué)的零點(diǎn)振動可以在低溫起著類似熱起伏的效應(yīng)，從而使得零溫度附近微顆粒磁化矢量的重取向，保持有限的馳豫時間。即在絕對零度，仍然存在非零的磁化反轉(zhuǎn)率。相似的觀點(diǎn)可以解釋高磁晶各向異性單晶體在低溫產(chǎn)生階梯式的反轉(zhuǎn)磁化模式，以及量子干涉器件中的一些效劇¨。(四)磁有序顆粒的小尺寸效應(yīng)當(dāng)超細(xì)微粒的尺寸與光波波長、德布羅意波長以及超導(dǎo)態(tài)的相干長度

7、或透射深度等物理尺寸相當(dāng)或更小時，晶體周期性的邊界條件將被破壞，非晶態(tài)納米微粒的顆粒表面附近原子密度減小，導(dǎo)致聲、光、電、磁、熱、力學(xué)等特性呈現(xiàn)新的小尺寸效應(yīng)fl】。強(qiáng)磁性材料的磁疇結(jié)構(gòu)與強(qiáng)磁體的形狀、尺寸緊密聯(lián)系。對于塊狀材料，在零磁場和弱磁場中通常呈多疇狀態(tài)以降低靜磁能。當(dāng)將塊狀細(xì)分為顆粒時，若顆粒尺寸小到某個臨界尺寸、以致疇壁的增長大于靜磁能的降低時，多疇狀態(tài)不復(fù)存在，整個顆粒即成為一個單疇體，從而獲得最低能量且穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。在單疇臨界尺寸時，矯頑力(Hc)達(dá)到極大值。這種由于顆粒尺寸變小所引起的宏觀物理性質(zhì)的變化稱為

8、小尺寸效應(yīng)。例如，強(qiáng)磁性顆粒尺寸為單磁疇臨界尺寸時，具有很高的矯頑力，可制成磁性液體等。(五)表面磁性納米微粒尺寸小，表面能高，位于表面的原子占相當(dāng)大的比例IlJ。如果把微粒理想化為球形顆粒，它的表面積與直徑的平方成正比。隨著顆粒直徑的變小中南大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論比表面積將會顯著的增加。納米磁性材