一维磁性纳米阵列材料-闫种可剖析

报告人：闫种可导师：秦丽溶一维磁性纳米阵列材料磁记录介质的进展一维磁性纳米线阵列的争论现状一维磁性纳米线列的磁学性质磁性纳米线阵列的潜在应用基于AAO的一维磁性纳米线阵列的制备计算机磁盘的构造硬盘的存储密度在不同的时间磁记录密度增长图

水平磁记录与垂直磁记录中磁介质排列的原理图近年来在高密度磁记录方面的争论热点主要是垂直磁记录，其中一个重大的突破就是量子磁盘，磁存储密度高达量子磁盘扫描电镜图量子磁盘示意图一维磁性纳米阵列的争论现状

由于磁性纳米线阵列在高密度垂直磁记录领域有着迷人的应用前景最近几年有关磁性纳米阵列制备这方面的争论日趋活泼。1985年，日本M.shiraki小组，制备并争论了铁、钴、镍纳米线阵列的磁特性，但他们制备的纳米线并不是有序的。1993年，Whitney和C.Lchien等人在高分子模板中用电化学制备方法沉积镍、钴纳米线阵列，争论并觉察制备的磁性纳米线阵列具有高矫顽力、高矩形比的磁学特性，磁性纳米线阵列在超高密度磁存储方面的潜在应用引起人们的广泛关注。2023年于冬亮等人阳极氧化铝膜内电沉积制得钴纳米线阵列制备出高度有序的钴纳米线阵列对其构造和性能进展争论说明钴纳米线是一种密排六方构造其阵列体系具有高的矫顽场和矩形比可预期用来作为良好的垂直磁记录材料2023年Pham-Huu等首次在多壁碳纳米管中制备了纳米线争论了退火条件对纳米线形貌和结晶的影响并对其磁学性能进展了表征磁记录介质的进展趋势与要求

磁记录是当今应用面最广的一种信息记录方式，它可以记录一切可转换成电讯号的信息。磁记录介质具有记录密度高、稳定牢靠、可反复使用、可记录频率范围宽、信息写入后可立刻读出、价格廉价等优点，目前已被广泛应用于播送、电视、电影、文化教育、医疗卫生、自动掌握、地质勘探、电子计算技术、军事技术、宇宙航行和家庭消遣等领域。垂直磁记录介质要求:磁记录的密度，是由磁记录介质的性能所打算的。作为一种优异的磁记录介质，它应当具有良好的磁性磁记录介质属于永磁材料，它之所以能长期保存记录的信息，是依靠材料的剩余磁感应强度。这就要求介质具有足够高的矫顽力，以防止磁化后自退磁和外磁场的干扰，避开记录信息的消逝。但矫顽力的大小应与使用的磁头所能产生的磁场大小相匹配。一般要求介质的Hc在600oe左右;但在高密度记录时使用的介质的Hc已高达2023oe左右。〔a)高矫顽力Hc这样的磁记录介质在其次象限的退磁曲线的外形变得更方，可以提高高频记录的输出。一般要求Hc/Hc<0.4。(b)开关场分布Hc/Hc要窄

S越大磁滞回线的方形度越好，材料的信号输出量越大，较大的矩形比能减小自退磁效应，从而提高信息记录的效率。一般要求>0.8磁性纳米线阵列可以作为一种可能的高密度垂直磁记录介质，它的理论记录可以高达400Gb/in有望将磁记录介质的存储密度上升一个新的台阶(c)矩形比要尽可能高基于AAO的一维磁性纳米阵列的制备

一维磁性纳米材料主要是指磁性材料的纳米棒、纳米线和纳米管，以及以它们为构造单元组成的复合体系。

(a)电化学沉积法这种方法主要用在高分子模板或氧化铝模板中制备各种金属纳米线(b)无电沉积法无电沉积是通过电化学复原剂将金属从溶液中沉积到外表(c)化学聚合法化学聚合法是将模板浸入到含有单体和聚合物引发剂的溶液中，使单体在模板孔洞内生成高聚物纳米线。(d)溶胶一凝胶法溶胶一凝胶法是指先利用化学水解的方法制备出溶胶体系，把AAO模板放入溶胶中一段时间，由于AAO模板孔壁带负电荷，而溶胶一般带正电荷，因此溶胶由于其热力学不稳定性很简洁被吸附而沉积在孔中形成纳米管、纳米线和纳米棒。基于AAO的一维磁性纳米阵列的制备Al氧化铝AuNi利用不通电解液制备的氧化铝模板正面的SEM图:(a)25nm(b)45nm(c)90nm(d)225nm电化学沉积制备纳米线装置示意图电化学沉积金属纳米线阵列流程图去掉局部AAO的Ni纳米线阵列分叉构造的Ni纳米线一维纳米阵列的磁性直径30nmFe纳米线阵列的SEM与XRD单质Fe纳米阵列直径30nmFe纳米线阵列磁滞回线Hc(Oe)外场方向Hc(Oe)Mr/MsH（∥）24100.87H（⊥）4700.10影响磁性纳米线磁性能的主要能量因素

磁晶各向异性:磁性随单晶体的晶轴方向不同而有所差异，这种现象存在于任何铁磁晶体中故亦称为自然各向异性，与材料的本征特性相关。由外形引起的的能量各向异性称为外形各向异性，它来源于退磁能。纳米线间的静磁耦合作用外形各向异性：不同直径Fe纳米阵列的磁性不同直径Co纳米阵列的磁性随角度的变化直径20、30、40nm的Co纳米线在0、30、60、90度的磁滞回线直径20,30,40nm的Co纳米阵列矫顽力随角度的变化纳米线直径较小时(<55nm)趋于单畴构造，磁化过程通过单畴内原子磁矩的全都转动来完成纳米线直径较大时趋于多畴构造，磁化过程通过磁畴壁移动来实现。由于外形各向异性多层磁性纳米线阵列的磁性直径60nmNi/Fe多层纳米线阵列的磁滞回线外场方向Hc(Oe)Mr/MsH（∥）602

0.235H（⊥）100

0.0136直径60nmCo/Fe多层纳米线的磁滞回线外场方向Hc(Oe)Mr/MsH（∥）703

0.405H（⊥）2010.0266直径40nmNi/Co多层纳米线的磁滞回线外场方向Hc(Oe)Mr/MsH（∥）6020.333H（⊥）3600.155磁性纳米线阵列的潜在应用型多层纳米线阵列的开发是今后多层纳米阵列的一个重要争论方向。如铁磁金属/超导体多层纳米线、颗粒纳米线等。高密度磁记录介质自旋电子学的进展受到磁记录的大力推动，1994年IBM公司研制出巨磁电阻读出磁头，将磁盘的记录密度提高了17倍，该技术快速推广到磁记录领域。也正是在磁记录方面的应用的推动，使得巨磁电阻效应这一现象渐渐进展成为自旋电子学这门新学科。该效应在磁随机存储器、量子计算领域等方面也有巨大应用前景。自旋电子学目前主流的数据储存手段为传统磁记录硬盘，存在着耗电量高、不耐震和运转噪音大等缺点。业内公司IBM最近宣布，他们打算用10年时间开发出一种名为“赛道”