基于钴元素纳米结构的磁特性文献综述

 2022-10-30 09:49:22

文献综述(或调研报告):

近年来,纳米颗粒(NPs)已经成为在物理,化学,工程和生物学等方面最为重要前沿领域之一。纳米材料能够让我们在不久的将来会有更多的突破,将会改变技术方向, 应用到更广泛的范围。纳米不仅意味着减小了体积和规模,而且也增强了性能,高集成度和较少的能量损耗。这些属性正是各个行业的要求。例如,纳米技术在磁数据存储领域,纳米传感器,生物医学诊断和治疗的有很大的潜在应用价值。[1][2][3]

为了研究铁磁体(FM)颗粒和反铁磁(AF)膜之间的交换各向异性,我们通常使用两种不同的方法用于合成纳米颗粒和薄膜的方法。其中,薄膜制备包括反铁磁(AF)薄膜,粘合层和保护层。我们使用不同类型的物理气相沉积技术:用于粘合层(例如,钽)和AF层(例如NiMn,IrMn)的磁控溅射;用于沉积保护盖层(主要是SiOx)的热蒸发。生产纳米颗粒最常用的方法是惰性气体冷凝,溶胶 - 凝胶和自组装方法。

目前为止,有很多方法可以制备纳米颗粒,其中包括注入气体冷凝技术、注入气体膨胀技术、声化学处理、溶胶技术 - 凝胶沉积技术以及分子自组装技术。[4]本次课题主要是利用注入气体冷凝技术来制备纳米颗粒。通常,无机材料在充满惰性气体(通常为Ar或He)并且没有泵送的真空室内汽化惰性气体通过质量流量控制器以恒定速率输入,同时泵送通过狭窄的气体孔,从而维持腔室内恒定的压力。[5]蒸发船可以作为蒸汽源,溅射靶或激光消融靶。一旦原子蒸发,它们通过与惰性气体原子碰撞而迅速失去能量。然后原子首先形成二聚体,并且在更多的碰撞之后,二聚体将聚集到一个簇内的过饱和区域,尺寸在该范围为2〜100nm。

一种典型的物理气相沉积 - 磁控溅射技术是在工业中薄膜沉积技术中广泛使用的其中之一。坚固耐用,使用方便,能够生产高质量的薄膜是这种方法的优点。现在这种方法通常由一个圆柱环形永磁体(一个整体或小零件组合成的圆柱体)和一块附着到铜块上的圆柱形中心磁体组成,其作用为电极以及冷却单元。

有一些表征方法可以确定与交换偏置相关的材料属性,包括粒子的大小,元素组成以及薄膜和颗粒的晶体结构。尺寸测量是通过原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜进行的。X射线光电子光谱(XPS)和能量色散X射线光谱(EDX)用于研究样品的化学状态和元素组成。高分辨率的传输电子显微镜(HR-TEM),X射线衍射(XRD)和X射线反射率(XRR)用于研究样品的晶体结构和厚度。磁性主要是通过磁光克尔效应(MOKE),振动样品磁强计(VSM) 和超导量子干涉装置(SQUID)测得的。

去振动样品磁强计或VSM是测量磁性的科学仪器。 样品首先在均匀的磁场中磁化。然后,它通常通过使用压电材料而正弦振动。商业系统使用某种形式的线性致动器。历史上,这些系统是使用改进的音频扬声器开发的,尽管由于通过产生的同相磁噪声的干扰,由于通过附近的拾音线圈的磁通正弦变化,这种方法被丢弃。拾波线圈中的感应电压与样品的磁矩成比例,但不取决于施加磁场的强度。在典型的设置中,使用压电信号作为频率参考,使用锁定放大器测量感应电压。也可以通过扫描磁场来记录材料的磁滞曲线。

当一个极化的电磁感应波从一个磁性材料的表面通过或者是反射,它会反馈出这种磁性材料的性质以极性改变的形式,这叫做克尔效应。MOKE(磁光克尔效应)显微镜就是克尔效应的应用。

参考文献:

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