一维磁性纳米阵列材料--闫种可剖析.ppt

1、,报告人：闫种可 导 师：秦丽溶,一维磁性纳米阵列材料,磁记录介质的发展,一维磁性纳米线阵列的研究现状,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,计算机磁盘的结构,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研究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研究现状,由于磁性纳米线阵列在高密度垂直磁记录领域有着诱人的应用前景 最近几年有关磁性纳米阵列制备这方面的研究日趋活跃。,1985年，日本M.s

2、hiraki小组，制备并研究了铁、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，研究并发现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。,2000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 对其结构和性能进行研究表明 钴纳米线是一种密排六方结构 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,2003年 Pham-Huu等首次在多壁碳纳米管中制备 了 纳

3、米线 讨论了退火条件对纳米线形貌 和结晶的影响 并对其磁学性能进行了表征,磁记录介质的发展趋势与要求,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、稳定可靠、可反复使用、可记录频率范围宽、信息写入后可马上读出、价格便宜等优点，目前已被广泛应用于广播、电视、电影、文化教育、医疗卫生、自动控制、地质勘探、电子计算技术、军事技术、宇宙航行和家庭娱乐等领域。,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决定的。作为一种优异的磁记录介质，它应该具有良好的磁性,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

4、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，避免记录信息的消失。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 2000oe左右。,（a)高矫顽力Hc,这样的磁记录介质在第二象限的退磁曲线的形状变得更方，可以提高高频记录的输出。一般要求 Hc/Hc0.4。,(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

5、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，以及以它们为结构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还原剂将金属从溶液中沉积到表面 (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

6、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容易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,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,去掉部分AAO的Ni纳米线阵列,分叉结构的Ni纳米线,一维纳米阵列的磁性,直径30nm Fe纳米线阵列的SEM与XRD,单质Fe纳米阵列,直径30nm Fe纳米线阵列磁滞回线,Hc(Oe),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

7、有所差别，这种现象存在于任何铁磁晶体中故亦称为天然各向异性，与材料的本征特性相关。,由形状引起的的能量各向异性称为形状各向异性，它来源于退磁能。,纳米线间的静磁耦合作用,形状各向异性：,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)趋于单畴结构，磁化过程通过单畴内原子磁矩的一致转动来完成,纳米线直径较大时趋于多畴结构，磁化过程通过磁畴壁移动来实现。,由于形状各向异性,多层磁性纳米线阵列的磁性,直径60nm Ni/Fe

8、 多层纳米线阵列的磁滞回线,直径 60nm Co/Fe 多层纳米线的磁滞回线,直径 40nm Ni/Co 多层纳米线的磁滞回线,磁性纳米线阵列的潜在应用,新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研究方向。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,自旋电子学的发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，该技术迅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逐渐发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，他们计划用10年时间开发出一种名为“赛道”存储器来取代目前的传统磁记录硬盘以解决传统硬盘存在的