鐵氧體基復(fù)合系統(tǒng)磁性及交換偏置.pdf

1、近年來對受限磁系統(tǒng)中磁耦合效應(yīng)的研究引起了人們廣泛的關(guān)注，尤其是電荷(電子輸運(yùn))與自旋(磁有序)耦合、鐵磁與反鐵磁耦合、鐵電與鐵磁耦合、磁光耦合等系統(tǒng)。這主要是因為在這些系統(tǒng)中電荷、自旋、極化、軌道等彼此間強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性以及這些關(guān)聯(lián)特性對環(huán)境（包括存在于體系內(nèi)部的相互作用以及溫度、磁場、電場、光等外場）的高度敏感性,使它們表現(xiàn)出新的物理效應(yīng)甚至呈現(xiàn)出全新的量子效應(yīng)。
　　 本論文主要以鐵氧體/反鐵磁氧化物復(fù)合材料顆粒體系為研究對象，

2、通過對復(fù)合體系中交換偏置效應(yīng)的研究，從而為進(jìn)一步研究交換偏置效應(yīng)提供試驗數(shù)據(jù)和理論指導(dǎo)。
　　 主要研究內(nèi)容和結(jié)果包括如下幾方面：
　　 1. 首先介紹了磁電子學(xué)的相關(guān)內(nèi)容，對最具有應(yīng)用價值的交換偏置效應(yīng)進(jìn)行了較全面的概括，綜述了交換偏置效應(yīng)的實驗研究現(xiàn)狀和理論研究模型，在此基礎(chǔ)上提出了論文的選題依據(jù)和研究意義。
　　 2. 根據(jù)材料本身的性質(zhì)，分別設(shè)計了特殊的樣品制備工藝，成功地將鐵氧體嵌入到反鐵磁氧化物基體中

3、，并能有效地控制其分布，達(dá)到對交換偏置效應(yīng)的可控性。
　　 3. 采用化學(xué)共沉淀法并結(jié)合后期的熱處理制備了名義組分Ni1 ?xFexO（x=0,0.015，0.03，0.05,和0.1）塊材樣品。相分析表明，x<0.03時，樣品中鐵氧體NiFe2O4不容易被XRD檢測到，當(dāng)x ≥0.03時鐵氧體NiFe2O4 很容易被發(fā)現(xiàn)。我們對這些樣品的磁性和交換偏置效應(yīng)進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明所有樣品在室溫下都觀察到異常大的磁化強(qiáng)度。同時，

4、在所有樣品中也觀察到交換偏置和鍛煉效應(yīng)。這些實驗結(jié)果說明了在這些Fe 摻雜的NiO樣品中存在較強(qiáng)的鐵磁/反鐵磁交換耦合作用，因此該稀磁半導(dǎo)體室溫鐵磁性應(yīng)該源于鐵磁雜相NiFe2O4，即為非本征性。另外交換偏置場先隨著NiFe2O4含量的增加而增加然后開始減小，意味著交換偏置場是可以通過改變Fe 摻雜濃度來控制的。
　　 4. 采用化學(xué)共沉淀法結(jié)合高溫相偏析原理制備了名義組分Ni1 ?xFexO（x=0.15,0.2，0.3和0.

5、5)大顆粒復(fù)合材料，另外作為對比，我們也用化學(xué)共沉淀法和后期的低溫?zé)崽幚矸ㄖ苽淞薔iO/10% NiFe2O4 直接復(fù)合的納米塊材樣品。我們對所有樣品的交換偏置效應(yīng)進(jìn)行了研究，探討了樣品的微結(jié)構(gòu)與磁交換偏置效應(yīng)之間的關(guān)系。對Ni1 ?xFexO（x=0.15，0.2，0.3和0.5)大顆粒復(fù)合樣品來說，只發(fā)現(xiàn)樣品表現(xiàn)出水平交換偏置效應(yīng)。而NiO/10% NiFe2O4 直接復(fù)合的納米塊材樣品只在10K發(fā)現(xiàn)了水平和垂直交換偏置效應(yīng)，而高于

6、10 K 交換偏置效應(yīng)幾乎完全消失。這些實驗結(jié)果表明在NiO/NiFe2O4 大顆粒復(fù)合系統(tǒng)中存在水平交換偏置效應(yīng)主要源于鐵磁顆粒和反鐵磁顆粒界面的耦合作用，NiO/10% NiFe2O4 直接復(fù)合的納米塊材樣品的垂直交換偏置效應(yīng)主要來自顆粒尺寸效應(yīng)。
　　 5. 采用溶膠－凝膠法并結(jié)合高溫相偏析原理制備了NiFe2O4/Li-NiO 納米復(fù)合樣品，我們主要針對名義組分Ni0.7Fe0.2Li0.1O和Ni0.6Fe0.2Li0

7、.2O 納米復(fù)合樣品的交換偏置效應(yīng)進(jìn)行了研究。Li 摻雜后的反鐵磁NiO 并沒有增強(qiáng)納米復(fù)合材料的交換偏置場和矯頑力，反而都削弱了。這意味著非磁性離子摻雜到反鐵磁材料中，雖然能獲得多的未補(bǔ)償自旋，但是同時也使反鐵磁材料的釘扎作用力減弱。因此需要有一個擇優(yōu)摻雜濃度來調(diào)控復(fù)合材料的交換偏置效應(yīng)，還有待我們做進(jìn)一步試驗研究。
　　 6. 采用溶膠－凝膠法并結(jié)合高溫相偏析原理制備了xMFe2O4/(1-x)BiFeO3（x=0.1，M=

8、Cu，Co，Ni）納米復(fù)合材料。相組分分析表明，通過該方法制備的樣品中只含有亞鐵磁體MFe2O4 (M=Co，Cu，Ni)和鐵電反鐵磁BiFeO3 兩相。對不同的三個納米復(fù)合材料體系的磁性和磁交換偏置進(jìn)行了研究。通過研究發(fā)現(xiàn)，在低溫下，只有xCuFe2O4/(1-x)BiFeO3（x=0.1）納米復(fù)合材料中有負(fù)的交換偏置效應(yīng)，可能歸結(jié)于xCuFe2O4/(1-x)BiFeO3（x=0.1）中存在合理的鐵磁/反鐵磁交換耦合，所以合適的鐵磁