纳米材料基础-第六章磁性2.ppt

纳米材料基础,北京航空航天大学,于荣海,磁记录材料,InformationtostoreTemporaryStoragePermanentStorageAudioTapeTapePhotoFloppydiskFloppydiskVideoCDRCDRDVDRDVDRHDDInternetSolidStateDevices(MRAM,Flash,OUM,FRAM),InformationDataandStorageMedia,磁记录装置原理图,HardDiscs:BitsandBytes,100Gbit/in2demomediaGrainsize8.5nmMaterial:CoPtCrB,*Seagate,Newsletter,ArealDensity=TrackDensity*LinearDensityThesmallestrecordingunitiscalled“bit”Eachbitcontainshundredsofgrains.,HardDiskDrive,Substrate-glassMagneticmediumFe3O4,HardDriveDisk,Glass,MagneticMediumFe3O4,MAGNETICRECORDINGParticulateRecordingMediaThinFilmRecordingMedia,磁记录介质材料,磁记录的三种方式的发展,水平磁记录比特的晶粒组成（100个以上的晶粒）热稳定性与密度上限垂直磁记录退磁场膜厚与热稳定性分立垂直磁记录减小相互作用热稳定性,三种磁记录方式示意图,Longitudinal:130Gbits/in2Recordingmedialimit200Gbits/in2Recordingheadlimit150微米,半固态薄层,TEMCharacterizationofParticlesMadebytheClusterGun,HeatingstagetransformstheFePtparticlesfromthefcctofctphasewithoutmuchincreaseinaverageparticlesize.,NanoparticlesbyChemicalSynthesis,Fe(CO)5,Pt(acac)2,AschematicdiagramofpreparingFePtnanoparticlesbychemicalsynthesis,MonodisperseColloidGrowth(LaMer1950),Time(seconds),AttractiveForces,Agglomeration,SurfactantCoating:StericRepulsion,RoutetoMonodisperseParticleArrays,1.SeparateNucleationandGrowth2.PreventAgglomeration,FormationofFePtArrays,EvaporationMethod,MicrostructureofSelf-assembledParticles,CoPtnanoparticleswithsphericalandellipsoidalshapes,ArrayofFeNiPtnanoparticleswithaverageparticlessizeof4nm,CoCrPtB-basedgranularthinfilm:lowthermalstabilityCo-PdorCo-Ptmultilayered(20layers)film:largegrainsizeCoCrPt-oxidethinfilm:FePtorCoPt,TrendinPerpendicularRecordingFilm,准零维磁性纳米粒子早在上世纪50年代就已应用,用于磁畴观察的粉纹技术：将足够细的铁磁粉末的胶状悬浮液涂在样品表面上，由于畴壁处的散磁场将磁性粉末集中于此，描绘出表面的磁畴结构或表面畴壁的轨迹。用于制备单畴永磁粉材料，因为单畴粒子反磁化过程是磁畴的转动，没有畴壁运动过程，矫顽力可以提高很多。3.用于磁密封的磁性液体，即60年代用宇航服头盔的磁密封。这里用到了纳米粒子的超顺磁性。,块状磁性材料因交换作用能，磁各向异性能而导致磁矩平行排列在其易轴方向，但这将导致很强的退磁能.对于半径为R的球形体，退磁能为Ed=(4/3)0R3Ms2/6尺寸R越大，退磁能越高，为降低能量，材料必然分裂成磁畴，但在两个畴之间的畴壁过渡区，磁矩必然偏离易轴，相邻磁矩也不再平行，由此产生的畴壁能将介入总能量的平衡。比如180度畴壁的畴壁能密度就是:180=2(A1K1)1/2,磁畴,当粒子尺寸R很小时，畴壁能相对于退磁能更严重，没有必要再分磁畴，就形成了单畴粒子，可如下估计单畴粒子的临界尺寸：将单畴的退磁能与分成两个磁畴的畴壁能，退磁能之和相等：(4/3)0R3Ms2/6=4/3)0R3Ms2/3+R22(A1K1)1/2可得单畴临界尺寸R0比例于：(A1K1)1/2/Ms2,纳米尺度的磁畴,超顺磁性是磁有序纳米材料小尺寸效应的典型表现。当体积为V的单畴磁性粒子继续减小，磁矩取向会因热运动能量kT比相应的磁能还大，可越过各向异性能势垒K1V，使粒子的磁化方向表现为磁的“布朗运动”，粒子集合体的总磁化强度为零。称为超顺磁性。只是粒子内不是单个原子或分子的磁矩，而是磁有序的集合体，集合体之间的磁取向混乱排列，其宏观表现为“顺磁性”。对超顺磁性粒子的胶体悬浊液，粒子间只有弱的静磁作用和范德瓦尔斯力。这就是磁性液体。,超顺磁性,热运动能kT使体积为V的粒子磁矩Ms越过各向异性为K的势垒KV的几率为p=exp(-KV/kT),即原一致磁化的粒子集合体，经过足够长的时间可衰减到剩磁为零，其弛豫时间为=(1/f0)exp(KV/kT),频率因子f0=109s-1。如果要等一年(107秒)才会衰减为“顺磁”态，那就一定不能认为这材料是超顺磁性，因此这里有个的相对标准，譬如可用107erg/cm3,However,ifparticlesbecometoosmall(107erg/cm3)withcoercivityHc4-10kOetoovercomethermaleffectsParticlesmusthaveaperpendicularanisotropywiththeirmagnetizationperpendiculartothefilmplane:PerpendicularrecordingIsolatedparticles(Toreducenoise):SiO2coatednanopartic