（凝聚態(tài)物理專業(yè)論文）陣列結(jié)構(gòu)的磁性納米材料研究.pdf

闊中杰 蘭州文學(xué)博士學(xué)位論文 摘要 本文從實(shí)現(xiàn)未來超高密度磁存儲介質(zhì)的量子磁盤可能的物理基礎(chǔ)磁性納米 線與納米顆粒陣列的實(shí)驗(yàn)研究，到量子磁盤中磁性結(jié)構(gòu)單元之間的磁相互作用對磁盤 性能影響的計(jì)算模擬研究兩方面的工作，對陣列結(jié)構(gòu)的磁性納米材料的磁特性進(jìn)行了 系統(tǒng)和深入地研究，得到了如下一些主要結(jié)論： l 、磁性納米線陣列結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的磁各向異性，其易軸在垂直于陣列平面的方 向上。這種磁各向異性的強(qiáng)度可以通過在實(shí)驗(yàn)中調(diào)節(jié)制備參數(shù)進(jìn)行控制，因而被認(rèn)為 主要來自于單根納米線的形狀各向異性。通過對f e 納米線陣列的剩磁特性的研究，我 們發(fā)現(xiàn)單根f e 納米線的磁化反轉(zhuǎn)是通過磁疇的成核與壁移模式來實(shí)現(xiàn)的；納米線陣列 結(jié)構(gòu)中存在的磁相互作用在一般的外磁場強(qiáng)度下主要來自于單根納米線內(nèi)部和不同納 米線之間的靜磁相互作用，我們認(rèn)為后者的存在在超高密度磁性納米材料的陣列中是 不可避免的并且對陣列的微觀磁化機(jī)制的影響不容忽視。 2 、在磁性納米顆粒陣列結(jié)構(gòu)中，我們在不同的環(huán)境溫度下研究了系統(tǒng)的磁性。 通過對系統(tǒng)矯頑力與環(huán)境溫度的變化關(guān)系的分析并將其與經(jīng)典的s t o n e r - w o h l f a r t h 顆 粒系統(tǒng)相比較，我們發(fā)現(xiàn)了磁性納米顆粒之問存在有較強(qiáng)的磁相互作用。 3 、通過微磁學(xué)技術(shù)，我們得到了一個(gè)二維磁性納米顆粒陣列中磁性顆粒之l 日j 偶 極相互作用的表達(dá)式及系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)的相圖，并進(jìn)一步結(jié)合我們提出的磁性納米顆粒 陣列的反磁化機(jī)制得到了陣列系統(tǒng)在不同的情況下可能具有的所有磁滯回線的形狀， 以及一些磁性參數(shù)( 如矯頑力、飽和場等) 的解析表達(dá)式。結(jié)果表明，在磁性顆粒陣 列系統(tǒng)中，顆粒的形狀各向異性和顆粒間的磁相互作用是影響系統(tǒng)磁特性的主要因素。 我們又通過數(shù)值擬合的方法，對一些情況下的磁滯回線進(jìn)行了進(jìn)一步的模擬分析，從 中我們得到了與實(shí)驗(yàn)曲線更加吻合的結(jié)果，同時(shí)也分析了這種方法的局限性。 4 、我們首次在通孔的陽極多孔氧化鋁模板中成功地利用自組織方法制備出了 f e - b 非晶磁性納米顆粒的三維陣列。我們制備出的納米顆粒具有尺寸小、大小均勻且 可控等特點(diǎn)。陣列中的非晶磁性顆粒大多處于超順磁狀態(tài)，而整個(gè)系統(tǒng)體現(xiàn)出了弱的 磁各向異性的特點(diǎn)。這提示我們納米多孔模板在超細(xì)納米顆粒制備中可能的應(yīng)用前景， 以及制備出的納米顆粒的自組織體系可能具有獨(dú)特的性質(zhì)。 閭中杰王州太學(xué)博士學(xué)位論文 a b s t r a c t i nt h i s p a p e r , f r o mt h ee x p e r i m e n t a la s p e c ti nw h i c hm a g n e t i cn a n o w i r ea n d n a n o p a r t i c l ea r r a y sa r es y n t h 眥e da n di n v e s t i g a t e da n dt h es i m u l a t i o na s p e c ti nw h i c h m i c r o m a g n e t i cm o d e l so ft h ea r r a y so fn a n o m a g n e t sa 托e s t a b l i s h e da n da n a l y z e d t h e m a g n e t i cc h a r a c t e r i s t i c so ft h ea r r a y so fm a g n e t i cl l a n o - m a t e r i a l sa r er e s e a r c h e d o u rm a i n c o n c l u s i o n sa r el i s t e db e l o w ： 1 t h em a g n e t i cn a n o w i r ea r r a y sh a v eas t r o n gm a g n e t i ca n i s o t r o p yw h i c hh a sa ne a s y d i r e c t i o np e r p e n d i c u l a rt ot h ea r r a yp l a n e t h es t r e n g t ho f t h i sa n i s o t r o p yc 螄b ec h a n g e db y e x p e r i m e n t a lp a r a m e t e r s ，w h i c hm a k e si tr e a s o n a b l et h a tt h ea n i s o t r o p yo r i g i n a t e sm a i n l y f r o mt h es h a p e a n i s o t r e p y o fi n d i v i d u a ln a n o w i r e s t h er e s u l t so ft h er e m a n e n t m a g n e t i z a t i o nm e a s u r e m e n t so f f en a n o v c i r ea r r a y si n d i c a t et h en u c l e a t i o na n dw a l l - m o v i n g m e c h a n i s mi nt h em a g n e t i z a t i o np r o c e s so ff en a n o 講r e s ；a n dm a g n e t i ci n t e r a c t i o n si nt h e a r r a ya r et h o s eb e t w e e nt h em a g n e t i cp a r t i c l e sw i t h i ni n d i v i d u a ln a n o w i r e sa n dd i f f e r e n t n a n o w i r e s ，t h el a t t e ra r et h o u g h tn e c e s s a r yw h e nr e s e a r c h i n gt h em a g n e t i z a t i o nm e c h a n i s m o f t h en a n o m a g n e t sa r r a y 2 t h er e l a t i o nb e t w e e nc o e r c i v i t ya n dt e m p e r a t u r ei sf o u n di nt h e m a g n e t i c n a n o p a r t i c l ea r r a y s w h e nf u n c t i o n a l i z et h er e l a t i o na n dc o m p a r ei tw i t ht h a to ft h ec l a s s i c a l s t o n e r - w o h l f a r t hp a r t i c l es y s t e m , w ec o n c l u d et h e r ei sal a r g es t r e n g t ho ft h em a g n e t i c i n t e r a c t i o n sb e t w e e nt h en s n o p a r t i c l e s 3 b yu s i n gm i c r o m a g n e t i ct e c h n i q u e s ，t h ea n a l y t i c a le x p r e s s i o n so ft h em a g n e t i c d i p o l a ri n t e r a c t i o n sb e t w e e nn a n o p a r t i c l e sa n dap h a s ed i a g r a mo ft h eg r o u n ds t a t e si n2 d a r r a y so fm a g n e t i cn a n o p a r t i c l e sa r eo b t a i n e d b a s e do n0 1 1 1 r e v e r s a lm e c h a n i s mo ft h e p a r t i c l ea r r a y , a l lp o s s i b l eh y s t e r e s i sl o o p so f t h es y s t e ma n ds o m ea n a l y t i c a le x p r e s s i o n so f t h ec o e r c i v i t i e so rs a t u r a t i o nf i e l d sa r ea c h i e v e d t h e s er e s u l t ss h o wt h a tt h es h a p er a t i oo f t h e p a r t i c l ea n dt h ep a r t i c l ed e n s i t yo ft b ea r r a ya r em a i nf a c t o r sa f f e c t i n gt h em a g n e t i s mi n 2 da r r a y so f m a g n e t i cn a n o p a r t i c l e s an e wn u m e r i c a ls i m u l a t i o nm e t h o di sa l s oa p p l i e dt o s t u d yt h eh y s t e r e s i sl o o p so ft h es y s t e m s o m em o r er e a s o n a b l er e s u l t sa r eo b t a i n e d c o m p a r i n gw i t h t h ee x p e r i m e n t a ld a t aa n dt h el i m i t a t i o no fn l i sm e t h o di sd i s c u s s e dt o o 閶中杰蘭州文學(xué)博士學(xué)位論文 4 t h es e l f - a s s e m b l yo ff e ba m o r p h o u sa l l o yn a n o p a r t i c l e si ss y n t h e s i z e dw i t h i na t h r o u g h o u tp o r o u sa a ot e m p l a t ef o rt h ef i r s tt i m e t h e s en a n o p a r t i c l e sh a v ev e r ys m a l l c o n t r o l l a b l ed i a m e t e r sa n dr e l a t i v e l yn a r r o wd i s t r i b u t i o no f t h e i rs i z e s m o s to f t h ep a r t i c l e s a i ei ns u p e r p a r a m a g n e f i es t a l e sa n dt h es e l f - a s s e m b l yi sf o u n dt oh a v eaw e a km a g n e t i c a n i s o t r o p y t h i st e m p l a t em e t h o dt op r e p a r eu l t r a f m ep a r t i c l e si st h o u g h th a si m p o r t a n t p o t e n t i a la p p l i c a t i o n sa n d c a l lg i v es o m ed i s t i n c t i v ep r o p e r t i e s v 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：本人所呈交的學(xué)位論文，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行 研究所取得的成果。學(xué)位論文中凡引用他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的成果、數(shù) 據(jù)、觀點(diǎn)等，均已明確注明出處。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，不包含 任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的科研成果。對本文的研究成果做 出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 本聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān)。 論文作者簽名：i 蛩：星盤日期；窆丑：叢盟、 關(guān)于學(xué)位論文使用授權(quán)的聲明 本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下所完成的論文及相關(guān)的職務(wù)作品，知識產(chǎn)權(quán)歸屬蘭 州大學(xué)。本人完全了解蘭州大學(xué)有關(guān)保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué) 校保存或向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的紙質(zhì)版和電子版，允許論文被 查閱和借閱；本人授權(quán)蘭州大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入 有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用任何復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。本 人離校后發(fā)表、使用學(xué)位論文或與該論文直接相關(guān)的學(xué)術(shù)論文或成果時(shí)， 第一署名單位仍然為蘭州大學(xué)。 保密論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定。 論文作者簽名：i 虱：乞凼導(dǎo)師簽名：刪日期：絲圣! ! ：宇、 閣中杰王州太學(xué)博士學(xué)位論文 第一章 第一章綜述 1 1 納米材料 納米科學(xué)是2 0 世紀(jì)8 0 年代末期剛剛誕生并正在崛起的一個(gè)嶄新的科學(xué)領(lǐng)域。納 米科學(xué)所研究的領(lǐng)域是人類過去從未涉及的非宏觀、非微觀的中間領(lǐng)域，即介觀領(lǐng)域， 從而開辟了人類認(rèn)識世界的新層次，也使人們改造自然的能力直接延伸到分子、原予 水平。這標(biāo)志著人類的科學(xué)技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)代，即納米時(shí)代。作為一門受到越來 越多關(guān)注的新興科學(xué)，納米科學(xué)已廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、電子、通訊、廣播、電視、軍 事、化工、醫(yī)療、建筑、環(huán)保等領(lǐng)域與行業(yè)，許多用途還有待于開發(fā)，其未來的應(yīng)用 將涉及人類生活的方方面面。因此以納米新科技為中心的新科技革命必將成為2 l 世紀(jì) 的重要研究方向。 1 1 - l 納米材料的發(fā)展概況及其特性 “納米”是一個(gè)尺度的度量單位，1 納米( r i m ) 等于十億分之一米。早在2 0 世紀(jì) 初，隨著膠體化學(xué)的建立，人們對于直徑為1 0 母米的微粒就開始進(jìn)行研究，至1 9 7 4 年，日本把這個(gè)術(shù)語首次用于技術(shù)上。但是以“納米”來命名材料是在2 0 世紀(jì)8 0 年 代，它作為一種材料的定義是指顆粒的尺寸在1 1 0 0n l f l 范圍內(nèi)。從廣義的角度來講， 納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍的材料，或由它們作為基本 單元構(gòu)成的復(fù)相材料。如按維度數(shù)，納米材料的基本單元可以分為三類：( 1 ) 零維，指 空間三維尺度均在納米尺度范圍，如納米顆粒、原子團(tuán)簇等；( 2 ) 一維，指空間兩維處 于納米尺度范圍，如納米線、納米棒、納米管等；( 3 ) 二維，指三維空間中有一維在納 米尺度范圍，如超薄膜、多層膜、超晶格等。因?yàn)檫@些結(jié)構(gòu)單元往往同時(shí)具有量子性 質(zhì)，所以對零維、一維和二維的基本單元又有量子點(diǎn)、量子線和量子阱之稱。 縱觀納米材料發(fā)展的歷史，大致可以將其劃分為三個(gè)階段。第一階段( 1 9 9 0 年以 前) 主要是在實(shí)驗(yàn)室探索用各種手段制備各種材料的納米顆粒粉體，研究評估表征方 法，探索納米材料不同于常規(guī)材料的特殊性能。在2 0 世紀(jì)7 0 年代末到8 0 年代初，人 們對于納米顆粒的結(jié)構(gòu)、形態(tài)和特性進(jìn)行了比較系統(tǒng)的研究，描述金屬微粒費(fèi)密面附 近電子能級狀態(tài)的久保理論l 切也已出現(xiàn)，并用量子尺寸效應(yīng)解釋超微粒子的某些特性 閏中杰 王州_ 太學(xué)博士學(xué)位論文 第一幸 獲得了成功1 3 l 。最早使用納米顆粒制各三維塊體試樣的是德國薩爾蘭大學(xué)教授g l e i t e r ， 他于1 9 8 4 年用惰性氣體蒸發(fā)、原位加壓法制備了具有清潔表面的納米晶p d 、c u 、f e 等【4 l 。1 9 8 7 年美國a r g o n 實(shí)驗(yàn)室s i e g e l 博士課題組用相同方法制各了納米陶瓷豇0 2 多晶體。1 9 9 0 年7 月，在美國巴爾的摩召開了國際首屆納米科學(xué)技術(shù)會議，這次會議 標(biāo)志著納米科技領(lǐng)域的正式形成。第二階段( 1 9 9 4 年以前) 的熱點(diǎn)是如何利用納米材 料已挖掘出的奇特物理、化學(xué)和力學(xué)性質(zhì)，設(shè)計(jì)出納米復(fù)合材料。1 9 9 2 年9 月在墨西 哥c a n c u n 城召開了國際第一屆納米結(jié)構(gòu)材料會議，正式把納米材料作為材料科學(xué)的一 個(gè)新的分支公布于世。在第三階段( 1 9 9 4 年至今) 納米組裝體系、人工組裝合成納米 結(jié)構(gòu)的材料體系成為主導(dǎo)方向。它的基本內(nèi)涵是以納米顆粒以及納米線、管等為基本 單元在一維、二維和三維空間排列成具有納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合體系。在納米材料學(xué)發(fā)展的 第一階段和第二階段，人們的研究在某種程度上帶有一定的隨機(jī)性，而當(dāng)今這一階段 則更強(qiáng)調(diào)按人們的意愿設(shè)計(jì)、組裝、創(chuàng)造新的體系，更有目的地使體系具有人們所希 望的特性。 納米材料之所以引起世界各國科學(xué)家如此高度的重視，是由于納米材料有著傳統(tǒng) 固體不具備的許多性質(zhì)。因?yàn)楫?dāng)顆粒尺寸進(jìn)入到納米量級時(shí)，其本身和由它所構(gòu)成的 納米固體主要具備有如下四個(gè)方面的基本物理效應(yīng)，從而由此派生出許多特殊性質(zhì)。 小尺寸效應(yīng)翻：當(dāng)超微粒子的尺寸與光波波長、德布羅意波波長以及超導(dǎo)態(tài)的相 干長度或透射深度等物理特征尺寸相當(dāng)或更小時(shí)，周期性的邊界條件將被破壞，聲、 光，電、磁、熱和力學(xué)等特性均會呈現(xiàn)新的尺寸效應(yīng)。例如，光吸收顯著增加，并產(chǎn)生 吸收峰的等離子共振頻移；磁有序態(tài)向磁無序態(tài)，超導(dǎo)相向正常相的轉(zhuǎn)變：聲子譜發(fā) 生改變等。 表面效應(yīng)1 5 同：納米微粒尺寸小，表面積大，位于表面的原子占相當(dāng)大的比例，且 隨著粒徑的減小，表面原子數(shù)比例迅速增加。而表面原子缺少對稱的近鄰配位，極不 穩(wěn)定，很容易與其它原子結(jié)合，大大增強(qiáng)了納米粒子的活性。這種表面原子的活性不 但引起納米粒子表面原予輸運(yùn)和結(jié)構(gòu)的變化，同時(shí)也引起表面電子自旋構(gòu)象和電子能 譜的變化。 量子尺寸效應(yīng)：材料中電子的能級或能帶與組成材料的顆粒尺寸有密切的關(guān)系。 日本科學(xué)家久保( k u b o ) 給量子尺寸效應(yīng)下了如下定義：當(dāng)粒子尺寸下降到最低值時(shí)， 費(fèi)米能級附近的電子能級由準(zhǔn)連續(xù)變?yōu)殡x散能級的現(xiàn)象。并提出了能級間距和金屬顆 閣中杰王州土學(xué)博士學(xué)位論文 第一章 粒直徑的關(guān)系，給出了著名的久保公式： 艿= 魯，其中6 為能級間距，毋為費(fèi)米 能級，為總電子數(shù)【1 ?！?。由公式可知金屬粒子能級問隔隨粒徑減小而增大。對于塊體 金屬，由于具有無限個(gè)電子，其能級間距幾乎為零，其電子能譜為準(zhǔn)連續(xù)能帶，而當(dāng) 能級間距大于熱能、磁能、靜電能、光子能量或超導(dǎo)悉的凝聚能時(shí)，必須考慮量子效 應(yīng)。這就導(dǎo)致納米微粒磁、光、電、聲以及超導(dǎo)電性等與宏觀材料的顯著不同。 宏觀量子隧道效應(yīng)【卅：微觀粒子具有貫穿勢壘的能力，稱為隧道效應(yīng)。近年來， 人們發(fā)現(xiàn)一些宏觀量，例如微顆粒的磁化強(qiáng)度，量子相干器件中的磁通量等亦具有隧 道效應(yīng)，稱為宏觀的量子隧道效應(yīng)，早期曾用來解釋超細(xì)鎳微粒在低溫繼續(xù)保持超順 磁性。近年來人們發(fā)現(xiàn)f e - n i 薄膜中疇壁運(yùn)動速度在低于某一臨界溫度時(shí)基本上與溫度 無關(guān)。于是，有人提出量子力學(xué)的零點(diǎn)振動可以在低溫起著類似熱起伏的效應(yīng)，從而 使零溫度附近微顆粒磁化矢量的重取向，保持有限的馳豫時(shí)間，即在絕對零度仍然存 在非零的磁化反轉(zhuǎn)率。 上述小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)及量子隧道效應(yīng)都是納米微粒與納米 固體的基本特征，它使納米微粒和納米固體呈現(xiàn)出許多奇異的物理、化學(xué)性質(zhì)，出現(xiàn) 一些反?，F(xiàn)象。如尺寸在1 0 1 5n n l 的銀微粒電阻突然升高，失去金屬的特征，變成 了非導(dǎo)體；常規(guī)的a 鈦是典型的六角密堆積結(jié)構(gòu)，而幾個(gè)納米的n 鈦是面心立方結(jié)構(gòu) 唧；化學(xué)上，鉑是一種惰性金屬，而制成納米微粒( 鉑黑) 后卻成為活性極好的催化 劑【l o l 。 1 1 2 低維納米材料的研究現(xiàn)狀 正如上節(jié)所述，在納米材料興起并發(fā)展的初期，即納米材料發(fā)展的第一和第二階 段，零維納米材料即納米微粒系統(tǒng)受到了最廣泛的關(guān)注。人們對納米微粒系統(tǒng)進(jìn)行了 深入的研究，對于制備工藝、表征測試方法、性質(zhì)及其相關(guān)的理論解釋都得到了相當(dāng) 成熟的結(jié)論，這里不再贅述。 2 0 世紀(jì)9 0 年代以來，納米材料研究的快速發(fā)展使人們的認(rèn)識又進(jìn)入了一個(gè)新的 階段，納米材料研究的內(nèi)涵也得到不斷擴(kuò)大。1 9 9 1 年1 1 月，日本電器公司( n e c ) 的電子顯微鏡專家( s u m i on j i m a ) 在用高分辨電鏡觀察球狀碳分子時(shí)意外地發(fā)現(xiàn)了由 納米級同軸碳分子構(gòu)成的管狀物【1 1 】，后來被稱為納米碳管( c n t ) ，也叫巴基管( b u c k y 閣中杰王州土學(xué)博士學(xué)位論文摹一幸 r o b e ) 。這種管狀的結(jié)構(gòu)是由六邊形的碳原子環(huán)組成的管狀大分子。納米碳管具有獨(dú)特 的電學(xué)性質(zhì)，由于電子的量子限域所致，電子只能在單層石墨片中沿納米管的軸向運(yùn) 動，徑向運(yùn)動受限制，因而電子的波矢是沿軸向的【1 2 1 ；納米碳管還具有獨(dú)特的力學(xué)性 質(zhì)，其抗張強(qiáng)度比鋼高1 0 0 倍。這些十分優(yōu)良的性能使它們有潛在的應(yīng)用前景，納米 碳管可用于場發(fā)射、微電極和探針顯微鏡的針尖還可用作復(fù)合材料的增強(qiáng)劑。碳納 米管發(fā)現(xiàn)以后，人們把在空間兩維尺度達(dá)到納米級的一維納米材料管狀物稱為納米管。 近年來，越來越多的材料如金屬【1 3 1 、氧化物【1 4 1 、半導(dǎo)體【h 1 等被做成納米管，用以研究 其獨(dú)特的性質(zhì)和潛在的應(yīng)用前景。 除了碳管式的管狀一維材料外，還存在實(shí)心的一維納米材科。入們把長徑比( 長 度與直徑的比率) 較小的一維材料稱為納米棒，長徑比較大的稱為納米線。由于具有 特殊的形狀，這些一維納米材料通常表現(xiàn)出與眾不同的特性，如在金屬的納米線中， 發(fā)現(xiàn)在電子輸運(yùn)過程中表現(xiàn)出一維量子效應(yīng)【1 6 1 ；在磁性的多層膜系統(tǒng)中，發(fā)現(xiàn)巨磁阻 效應(yīng)【1 7 i | j ；另外，在過渡金屬納米線陣列中發(fā)現(xiàn)極高的磁形狀各向異性 z 9 ，2 0 l 等。這些 非常有趣的物理問題，激發(fā)了人們對一維納米材辯的研究熱情。而納米線的二維陣列 化的自組織形式更有利于其潛在的應(yīng)用前景，從而采用各種方法制備得到的納米線材 料陣列的研究相繼被報(bào)道f 2 1 鍘。 超薄膜、多層膜、超晶格等二維納米材料系統(tǒng)也是人們一直以來關(guān)注的熱點(diǎn)，并 在工業(yè)生產(chǎn)中得到了最廣泛的應(yīng)用。這些材料所具有的幾何形狀效應(yīng)、非熱力學(xué)平衡 過程和量子尺寸效應(yīng)使它們在各個(gè)科學(xué)研究領(lǐng)域內(nèi)被廣泛研究和加以利用。 1 2 低維磁性納米材料 近年來，低維磁性納米材料系統(tǒng)作為凝聚態(tài)物理學(xué)的低維物理體系中的一個(gè)分支 取得了重大進(jìn)展。一方面在理論上人們不斷提高、改進(jìn)模型來正確描述實(shí)際的磁性系 統(tǒng)。并且發(fā)展了各神有效的方法來研究模型本身，揭示可能的物理內(nèi)涵，解釋和指導(dǎo) ，有關(guān)的實(shí)驗(yàn)工作；另一方面在工業(yè)應(yīng)用上，隨著現(xiàn)代信息技術(shù)革命浪潮的推進(jìn)，低維 磁性納米系統(tǒng)作為信息工業(yè)重要領(lǐng)域之一的信息存儲產(chǎn)業(yè)的主要物理基礎(chǔ)，已經(jīng)得到 了成功的應(yīng)用并取得了豐碩的成果，磁存儲介質(zhì)已經(jīng)與我們每個(gè)人的日常生活息息相 關(guān)。 閣干杰王州大學(xué)博士學(xué)位論文 第一章 1 2 1 低維磁性納米材料的特性 由于磁性納米材料基本結(jié)構(gòu)單元的尺寸已經(jīng)和材料的磁學(xué)特征長度( 如磁疇壁厚 度、單疇臨界尺寸等) 的尺寸處于同一量級，因此納米材料的小尺寸效應(yīng)、量子尺寸 效應(yīng)、表面界面效應(yīng)等使得它們具有常規(guī)粗晶粒材料所不具備的磁特性。主要?dú)w納如 下： ( a ) 擔(dān)順磁堆納米顆粒尺寸小到一定臨界值時(shí)進(jìn)冬超順磁狀態(tài)，例如伽f e 、f e 3 0 4 和a - f e 2 0 3 粒徑分別為5n l e t ，1 6n l t l 和2 0n l r l 時(shí)在室溫下變成順磁體，這時(shí)磁化率z 不再服從居里一外斯定律z = i 蘭f ，式中c 為常數(shù)，t c 為居里溫度。磁化強(qiáng)度m p 一c 可以用朗之萬公式來描述。對于學(xué)“l(fā) 時(shí)，m p穿，為粒子磁矩。這種磁性 顆粒在居里點(diǎn)附近沒有明顯的z 值突變，例如粒徑為8 5n r n 的納米n i 微粒，矯頑力很 高，z 服從居里一外斯定律，而粒徑小于1 5 舳的n i 微粒，矯頑力h c o ，這說明它 們進(jìn)入了超順磁狀態(tài)。 超順磁狀態(tài)的起源可歸為以下原因：在小尺寸下，當(dāng)各向異性能減小到與熱運(yùn)動 能可相比擬時(shí)，磁化強(qiáng)度的方向就不再固定在易磁化方向，顆粒磁矩做無規(guī)律的變化， 結(jié)果導(dǎo)致超順磁性的出現(xiàn)。不同種類的納米磁性微粒顯現(xiàn)超順磁的臨晃尺寸是不相同 的。 ( b ) 矯頑力納米微粒尺寸高于超順磁臨界尺寸時(shí)通常呈現(xiàn)高的矯頑力h c 。例如， 用惰性氣體蒸發(fā)冷凝的方法制備的納米f c 微粒，隨著微粒變小飽和磁化強(qiáng)度m 。有所 下降，但矯頑力卻顯著地增加。粒徑為1 6 n m 的f e 微粒，矯頑力在5 5k 時(shí)達(dá)到1 2 7 x 1 0 5 a m ，室溫下，f e 微粒的矯頑力仍保持在7 9 6 x 1 0 4 a m ，而常規(guī)的f e 塊體矯頑力通常 低于7 9 6 2j 口町。 ( c ) 居里溫度口5 】居里溫度死為物質(zhì)磁性的重要參數(shù)，通常與交換積分以成正比， 并與原子構(gòu)型和問距有關(guān)。對于薄膜，理論與實(shí)驗(yàn)研究表明，隨著鐵磁薄膜厚度的減 小，居里溫度下降。對于納米顆粒，由于小尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)而導(dǎo)致納米粒子內(nèi)稟 的磁性變化，因此具有較低的居里溫度。例如8 5n n l 粒徑的n i 微粒，其居里溫度為 6 2 3k ，略低于常規(guī)塊體材料n i 的居里溫度6 31k 2 6 1 。 ( d ) 磁化率納米微粒的磁性與它所含的總電子數(shù)的奇偶性密切相關(guān)。每個(gè)微粒的 閣中杰 王州文學(xué)博士學(xué)位論文第一幸 電子可以看成一個(gè)體系，電子數(shù)的宇稱可為奇或偶。一價(jià)金屬的微粉，一半粒子的宇 稱為奇，另一半為偶，兩價(jià)金屬的粒子的字稱為偶，電子數(shù)為奇或偶數(shù)的粒子磁性有 不同的溫度特點(diǎn)。電子數(shù)為奇數(shù)的粒子集合體的磁化率服從居里一外斯定律， ， z = 壽，量子尺寸效應(yīng)使其磁化率遵從彳規(guī)律，其中d 為粒子的直徑。而電子數(shù) 一c 為偶數(shù)的系統(tǒng)，x o c k b t , 并遵從規(guī)律，它們在高場下為泡利順磁性。納米磁性金屬 的z 值是常規(guī)金屬的2 0 倍。 實(shí)驗(yàn)表明，納米磁性微粒還具備許多其他的磁特性。王濤、張立德【2 7 1 等人發(fā)現(xiàn)粒 徑為8 螄的f e 顆粒其飽和磁化強(qiáng)度比常規(guī)a - f e 低4 0 ，而且納米f e 的比飽和磁化 強(qiáng)度隨粒徑的減小而降低。1 9 8 8 年，日本有報(bào)道稱2 0 5 0 砌的f e s i b i c u 合金具 有很好的軟磁性能，而且，其芯耗僅為2 0 0m w e m 3 ，有效磁導(dǎo)率高于1 0 8 ，可用作高 頻轉(zhuǎn)換器，而當(dāng)晶粒尺寸大于1 0 0n n 時(shí)。上述軟磁性能消失。 綜上所述，當(dāng)晶粒尺寸降低到納米量級時(shí)，許多磁性材料會表現(xiàn)出不同于常規(guī)材 料的磁性，甚至發(fā)生磁性相變。 1 2 2 磁記錄的發(fā)展和量子磁盤 磁記錄是當(dāng)今應(yīng)用頑最廣的一種信息記錄方式，它可以記錄一切可轉(zhuǎn)換成電訊號 的信息。磁記錄介質(zhì)具有記錄密度高、穩(wěn)定可靠、可反復(fù)使用、可記錄頻率范圍寬、 信息寫入后可馬上讀出、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，目前已被廣泛應(yīng)用于廣播、電視、電影、 文化教育、醫(yī)療衛(wèi)生、自動控制、地質(zhì)勘探、電子計(jì)算技術(shù)、軍事技術(shù)、宇宙航行和 家庭娛樂等領(lǐng)域。而且隨著當(dāng)代信息時(shí)代的飛速發(fā)展，對于磁記錄的研究和開發(fā)仍在 不斷的深入，磁記錄的前景十分光明。 磁記錄最早是由丹麥工程師p o u l s e n 于1 8 8 9 年發(fā)明的，當(dāng)時(shí)他用鋼絲作為匠錄 介質(zhì)研制出第一臺錄音機(jī)。至今為止，磁記錄已出現(xiàn)了一百多年了，但它仍有強(qiáng)大的 生命力。而今隨著信息時(shí)代的來臨，信息產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展使得各種信息量飛速增加， 需要記錄的信息量也不斷增加，從而人們對磁記錄材料提出了更高的要求。 磁記錄的密度和性能，是由磁記錄介質(zhì)的性能所決定的。作為一種優(yōu)異的磁已錄 介質(zhì)，它應(yīng)該具有良好的磁性，具體要求為f 2 8 l ： ( a ) 高矯頑力h c 閭中杰蘭州太學(xué)博士學(xué)位論文 第一幸 磁記錄介質(zhì)屬于永磁材料，它之所以能長期保存記錄的信息( 一般的工業(yè)產(chǎn)品要 求在l o 年以上) ，是依靠材料的剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度。這就要求介質(zhì)具有足夠高的矯頑力， 以防止磁化后自退磁和外磁場的干擾，避免記錄信息的消失。但矯頑力的大小應(yīng)與使 用的磁頭所能產(chǎn)生的磁場大小相匹配。一般要求介質(zhì)的h c 在6 0 0o e 左右；但在高密 度記錄時(shí)使用的介質(zhì)的h c 已高達(dá)2 0 0 0o e 左右。 ( b ) 開關(guān)場分布a h c h c 要窄 這樣的磁記錄介質(zhì)在第二象限的退磁曲線的形狀變得更方，可以提高高頻記錄的 輸出。如為涂布型記錄介質(zhì)，則要求所使用的磁粉的形狀，大小和長寬比例等盡量一 致，磁粉在磁漿中的分散性和取向度好。一般要求d h c h c o 8 。 在此基礎(chǔ)上，作為高密度磁記錄單位的磁性粒子的大小必須滿足以下要求：顆 粒的長度應(yīng)遠(yuǎn)小于記錄波長；粒子的寬度( 如可能，長度也包括在內(nèi)) 應(yīng)該遠(yuǎn)小于 記錄深度；一個(gè)單位的記錄體積中應(yīng)盡可能有更多的磁性粒子。 高記錄密度的記錄材料與超微粒有密切的關(guān)系。例如，要求每1c m 2 可記錄1 0 0 0 萬條以上信息，在l l oi x m 2 中，至少具有3 0 0 階段分層次的記錄，在l 1 0 “m 2 中 必須要有3 0 0 個(gè)記錄單位，若以超微粒作為記錄單元，可使記錄密度大大提高。磁性 納米微粒由于尺寸小，具有單磁疇結(jié)構(gòu)，矯頑力很高的特性，用它制作磁記錄材料可 以提高信噪比，改善圖像質(zhì)量。作為磁記錄的粒子要求為單磁疇針狀微粒，其體積要 求盡量小，以提高記錄密度，但不得小于超順磁性臨界尺寸。 傳統(tǒng)的磁記錄介質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)現(xiàn)在被稱為縱向磁記錄模式，即數(shù)字化的信號被磁 性微粒所記錄，而每個(gè)微粒的總磁矩都是在平行于介質(zhì)表面的平面內(nèi)的。對磁記錄介 質(zhì)的記錄密度的要求越來越高，這就意味著作為一個(gè)信號記錄單元的磁性微粒的體積 要越來越小。而在顆粒變小的同時(shí)，產(chǎn)生了許多不利于磁記錄的效應(yīng)。當(dāng)顆粒小到一 定程度時(shí)，將會產(chǎn)生超順磁性，使粒子失去宏觀磁性，從而喪失記錄的能力；其它由 于小尺寸效應(yīng)導(dǎo)致的退磁場的增大等效應(yīng)，也會影響到記錄效果。從而人們并不能一 直通過減小磁性材料的顆粒尺寸來達(dá)到提高存儲密度的目的，有人一度把1 0 1 1b i t i n 2 稱為不可逾越的極限。磁記錄必須有新的突破，才能滿足人們?nèi)找嫣岣叩膶τ涗浢芏?的要求。 7 閻杰 王州土學(xué)博士學(xué)位論文 弟一幸 垂直磁記錄模式是一種非常有前途的記錄方式，可以進(jìn)步地提高磁記錄密度。 垂直磁記錄是指磁性微粒的磁化方向和介質(zhì)平面垂直的一種磁記錄方式。垂直磁記錄 可以減小一個(gè)信息記錄單元中所包含的磁性粒子數(shù)，從而提高記錄密度：可以克服在 縱向磁記錄中由于記錄密度的提高而產(chǎn)生的退磁場增大的效應(yīng)，從而提高記錄的信噪 比。2 0 世紀(jì)8 0 年代以來，出現(xiàn)了適用于垂直記錄的c o c r 膜和鋇鐵氧體磁粉等材料。 最近幾年，垂直磁記錄的技術(shù)已趨于成熟，相關(guān)的工業(yè)產(chǎn)品很快就可以進(jìn)入我們的日 常生活，使我們能夠使用超高密度的磁存儲技術(shù)。 圖1 1 量子磁盤的示意圖例 圈1 2 量子磁盤的掃描電子 顯微鏡照片p e j 以前有關(guān)垂直磁記錄的研究都是有關(guān)薄膜的，最近人們在新型的納米結(jié)構(gòu)中取得 了突破，從而提高了存儲密度，突破了縱向磁記錄的極限。這就是量子磁盤( 如圖1 1 ) ， 它是一種采用垂直磁記錄方式的產(chǎn)品。它的闖世，可以使磁盤的尺寸比原來的磁盤縮 小1 0 0 0 0 倍，磁存儲密度達(dá)到4 x 1 0 1 1b i t i n 2 。1 9 9 7 年，明尼蘇達(dá)( m i n n e s o t a ) 大學(xué)電 子工程系納米結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室報(bào)道了這一結(jié)果。這個(gè)實(shí)驗(yàn)室自1 9 9 5 年以來，采用納米壓 印平板印刷術(shù)成功地制備了納米結(jié)構(gòu)的磁盤，尺寸為1 0 0n m i l 0 0a m ，它由直徑為l o r m ，長度為4 0 i l m 的c o 棒按周期為4 0 n m 排列成陣列( 如圖1 2 ) 。這種磁性的納米 閣中杰蘭州文學(xué)博士學(xué)位論文 第一幸 棒陣列實(shí)際上是一個(gè)量子棒陣列，它與傳統(tǒng)磁盤中磁性材料呈準(zhǔn)連續(xù)分布不同，納米 磁性單元是分離的。因而人們把這種磁盤稱為量子磁盤1 3 0 1 。在一般的量子磁盤中，作 為一個(gè)信息存儲單元的納米磁性微粒具有較大的垂直磁各向異性，這就使得在剩磁狀 態(tài)下，微粒的剩余磁化強(qiáng)度在垂直于介質(zhì)平面的方向上。這種較大的垂直磁各向異性 不受微粒水平方向大小的限制，從而突破了超順磁極限對于磁記錄單元尺寸的束縛， 使得磁存儲密度能得到很大的提升。目前研究較多的垂直磁記錄的記錄單元是一維的 納米磁性材料。 1 2 3 一維磁性納米材料及其陣列的研究現(xiàn)狀 一維磁性納米材料主要是指磁性材料的納米棒、納米線和納米管，以及以它們?yōu)?結(jié)構(gòu)單元組成的復(fù)合體系。目前，人們已能夠成功地運(yùn)用刻蝕法、水熱法、固相反應(yīng) 法以及模板法來制備多種磁性材料的一維納米結(jié)構(gòu)。相對于其他的制備方法而言，利 用模板法制備出的一維納米材料具有呈陣列規(guī)則排布的特點(diǎn)。這種陣列化的自組織特 點(diǎn)不但為許多物理研究模型的建立提供了便利的現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，而且也非常符合量子磁盤 的物理要求而被認(rèn)為具有潛在的應(yīng)用前景，從而成為被廣泛研究的熱點(diǎn)。 對一維的磁性納米線陣列，早期的研究主要集中在探索制備工藝及其對易磁化軸 的影響等方面。w h i t n e y 和c h i e n 3 l 】等人于1 9 9 3 年在s c i e n c e 上發(fā)表了采用直流三電極 沉積方法在聚合物模板中實(shí)現(xiàn)c o 、n i 納米線的制備與磁性研究，開辟了對一維磁性 納米線陣列研究的新領(lǐng)域，他們發(fā)現(xiàn)這種準(zhǔn)一維的納米結(jié)構(gòu)樣品磁性明顯不同于塊體、 顆粒、薄膜系統(tǒng)，磁化方向優(yōu)先垂直于膜面，而且矯頑力和矩形比都很高，有助于解 決在磁記錄物理中的記錄單元尺寸變小后帶來的超順磁性問題。隨后人們研究了不同 的制備工藝對樣品結(jié)構(gòu)、宏觀磁性等方面的影響，例如d a i m o n 等人1 3 2 】研究了沉積溶 液的p h 值、電流密度等因素對c o 納米線h c p 結(jié)構(gòu)的c o 晶粒的c 軸取向的影響，發(fā) 現(xiàn)當(dāng)溶液的p h 值等于4 時(shí)，c o 納米線是h c p 結(jié)構(gòu)，且其c 軸垂直于納米線的長軸， 而當(dāng)p h 值大于4 時(shí)，c 軸取向主要是沿著納米線的長軸，另外，他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)沉積溶液 的p h 值小于2 時(shí)，c o 納米線出現(xiàn)_ 2 z 結(jié)構(gòu)。k w o n 3 3 】等人研究了在a a o 模板中沉積 f e 、c o 時(shí)外加磁場對結(jié)構(gòu)和磁性的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)沉積時(shí)，外加磁場對f e 納米線陣 列的結(jié)構(gòu)和宏觀磁性影響不大，而對c o 有很大的影響，這種影響主要是由于外加磁 場改變了c o 納米線的織構(gòu)方向。 9 閱中杰 王州土學(xué)博士學(xué)位論文摹一幸 與此同時(shí)，采用各種不同制備、測試方法得到的各種不同的金屬、合金、多層膜 納米線陣列的研究也越來越多。例如h q c a o 等人洲研究了封裝在多晶納米管中的f e 納米線陣列的制備工藝和磁性；m a r t i n 3 5 】等人用電子束刻蝕制備了c o 的納米長鏈，并 研究了其磁性；另外對于多層膜【蚓、合金t 3 7 1 納米線陣列的制備與磁性的研究均有報(bào)道。 近期，對一維磁性納米線陣列的研究工作轉(zhuǎn)移到了理解磁化過程與反磁化機(jī)制上 來。其中有相當(dāng)一部分工作集中于研究納米線微觀尺寸的變化對宏觀磁性參數(shù)和磁化 反轉(zhuǎn)過程的影響。m e i e r t 3 8 1 等人研究了直徑從3 5r i m 到2 5 0 n n l 的n i 納米線陣列的磁性， 發(fā)現(xiàn)低溫下小直徑樣品磁化反轉(zhuǎn)機(jī)制為一致轉(zhuǎn)動，而大直徑樣品的磁化反轉(zhuǎn)為c u r l i n g 模型，但是當(dāng)他們將納米線從模板中釋放出來或者用坡莫合金代替純n i 以后，這些模 型就失效了。w 砬q u a n t 【3 9 】等人研究了直徑從1 0 n m 到lm m 的f e 、n i 納米線陣列的磁 性，采用了經(jīng)典的微磁學(xué)理論對結(jié)果進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)只有對小直徑的樣品才能用 c u r l i n g 模型進(jìn)行解釋。f e r r e l 2 0 1 等人在對3 5n m 和1 0 0n m 的c o 納米線陣列的研究中 發(fā)現(xiàn)，磁晶各向異性的影響導(dǎo)致了多疇的出現(xiàn)，并用微磁學(xué)模擬和磁電阻測量證實(shí)了 這一結(jié)果。而m a r t i n l 3 5 】等人用磁力顯微鏡和磁電阻測量對直徑為4 0 0n m 的c o 的長鏈 的研究中發(fā)現(xiàn)，c o 依然保持單疇狀態(tài)，而且其磁化反轉(zhuǎn)機(jī)制為一致轉(zhuǎn)動模型。這與 f e r r e 等人的結(jié)果相矛盾，在m a r t i a 等人的結(jié)果中，雖然c o 長鏈直徑為4 0 0 觚，但是 鏈與鏈之間的距離為2 岫，而f e r r e 等人的結(jié)果中，線線之間的距離僅在納米量級， 由此可見線與線之間的相互作用對磁性和磁化反轉(zhuǎn)的影響非常大。r i c c a r d oh e r t e l i 刪 等人用微磁學(xué)模擬也證明了這一觀點(diǎn)。因此，a d e y e y e 等人心) 和s a m p a i o 等人l 蚓分別 研究了納米線之間的靜磁相互作用對宏觀磁性的影響。w e m s d o f f e r 等人d 3 0 4 4 則為了避 開線之間相互作用的影響，用m i c r o s q u i d 研究了單根n i 納米線的磁性和磁化反轉(zhuǎn) 機(jī)制，發(fā)現(xiàn)除了最小直徑的納米線之外反轉(zhuǎn)模式均和c u r l i n g 模型符合得很好。 在計(jì)算和模擬方面，r a p o s o 等人【4 5 1 用微磁學(xué)模擬的辦法研究了c o 納米線陣列間 的長程靜磁作用，發(fā)現(xiàn)線間的偶極場會使矯頑場下降，但使飽和場上升。e i n b a c h 等 人闈通過平均場近似和m o n t ec a r l o 模擬研究了非均勻?qū)訝罴{米線的磁基態(tài)。h i n z k e t 4 r l 等人用快速傅里葉變換的方法對納米線的磁化反轉(zhuǎn)機(jī)制的研究表明，隨著系統(tǒng)的形狀 不同，可以發(fā)生不同的反轉(zhuǎn)機(jī)制，例如一致轉(zhuǎn)動、成核和曲折型。p d c c a r d o 4 8 1 分別對 多達(dá)1 6 根的六角型納米線間的相互作用做了模擬，發(fā)現(xiàn)線間的相互作用對開關(guān)場的影 響很大。這些結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果聯(lián)合起來，使人們對磁性納米線中的物理問題的認(rèn)識逐 漸深入。 閭中杰王州文學(xué)博士學(xué)位論文弟一章 1 2 4 二維磁性納米點(diǎn)陣的研究現(xiàn)狀 二維磁性納米點(diǎn)陣是指構(gòu)成一個(gè)平面陣列的結(jié)構(gòu)單元是磁性材料的納米顆粒。與 一維磁性納米材料的陣列相比，二維磁性納米點(diǎn)陣的結(jié)構(gòu)單元在垂直陣列平面的方向 上具有很小的尺寸，因此將這個(gè)納米點(diǎn)陣反磁化所需要的外磁場比納米線陣列所需要 的外磁場要小很多，這更有利于在量子磁盤中的應(yīng)用。而且由于可以將一個(gè)納米顆粒 看作是一個(gè)磁偶極子，這就給理論模型的研究和數(shù)值計(jì)算帶來了很大的方便，因此二 維磁性納米點(diǎn)陣正受到越來越多的關(guān)注和研究。 在研究初期，二維磁性納米點(diǎn)陣一般都是通過刻蝕技術(shù)( 比如電子束刻蝕或離子 束刻蝕等) 將磁性薄膜刻蝕成點(diǎn)陣的，這種方法一般得到的納米顆粒具有較大的直徑 ( 幾百納米一百納米左右) 和較小的高度直徑比。例如g - r i m s d i t c h 等人【4 9 】用布里淵 光散射和磁光克爾效應(yīng)方法研究了由直徑為1 0 0n l t i 左右、高度為3 2n m 和間距為4 0 0 衄的f e 納米顆粒構(gòu)成的平面正方點(diǎn)陣的磁性，結(jié)果表明在點(diǎn)陣面內(nèi)存在有磁各向異。 性。h a g i n o y a 等人【5 0 1 將具有垂直磁晶各向異性的c o c r p t 薄膜刻蝕成為直徑為8 0 n n l 、 高度為4 4n n l 、間距為1 5 0n m 的點(diǎn)陣，并通過研究發(fā)現(xiàn)在垂直膜面的方向上，系統(tǒng)的 剩磁比從o 2 提高到了l ，他們認(rèn)為這是由于陣列內(nèi)顆粒之間存在的靜磁相互作用以及 反磁化核的疇壁無法在不連續(xù)的磁性介質(zhì)中傳播等原因所導(dǎo)致的。 隨著模板法制備納米線陣列的成功，人們開始利用模板進(jìn)行納米顆粒點(diǎn)陣的合成， 從而得到具有更小直徑、更大高度直徑比的納米顆粒。例如s u n 等人【5 l 】采用控制交流 沉積信號的方法在a a o 模板中制備了c o 納米顆粒的陣列，他們發(fā)現(xiàn)這個(gè)方法的優(yōu)點(diǎn) 在于各個(gè)孔洞中的金屬納米顆粒形貌比較均勻，缺點(diǎn)是生成效率太低，即孔洞的填充 率偏低。 伴隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展，理論分析與數(shù)值模擬工作也大量開展起來。這些工作一 般是通過微磁學(xué)模擬和m o n t ec a r l o 或分子動力學(xué)計(jì)算方法來得到二維點(diǎn)陣的動態(tài)磁 化過程及相關(guān)的磁性參數(shù)，來預(yù)期與指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)工作的進(jìn)行 5 2 - 5 4 1 。 1 3 模板法制備低維納米結(jié)構(gòu)陣列 傳統(tǒng)的制備周期排列的納米結(jié)構(gòu)的方法是刻蝕法【5 卯，它的優(yōu)點(diǎn)在于填充材料的孔 洞位置和孔間距可以精確控制，但它也具有缺點(diǎn)：制備得到的納米線的長徑比較小， 而且不能夠形成大面積的陣列，另外，其生產(chǎn)成本高，不利于下一步的工業(yè)化投產(chǎn)。 l l 閨p 童量州土學(xué)博e , t 位論文 第一幸 正因?yàn)槿绱?，隨后發(fā)展起來的模板合成法【5 6 】備受人們的關(guān)注，它是物理、化學(xué)等多種 方法的集成，用它來制備納米新材料是目前國內(nèi)外竟相研究的一個(gè)熱點(diǎn)格7 l 。其特點(diǎn)是 先選擇特定的模板，然后將一定的材料注入，從而獲得所需尺寸和結(jié)構(gòu)的納米材料。 模板法在納米結(jié)構(gòu)制備科學(xué)上占有極其重要的地位，人們可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)和組裝多 種納米結(jié)構(gòu)陣列。從而得到常規(guī)體系不具備的新的物性。模板合成法可以給人們更多 的自由度來控制體系性質(zhì)，為設(shè)計(jì)下一代納米結(jié)構(gòu)打下良好的模型基礎(chǔ)。 1 3 1 模板的分類 目前常用的模板主要有多孔氧化鋁模板、高分子模板、金屬模板 5 8 】、金屬納米線 模板 5 9 , 6 0 、微孔玻璃模板【6 “、生物分子模板 6 2 , 6 3 1 、多孔沸石模板( e 4 6 5 、碳納米管嘲等。 ( a ) 氧化鋁模板( 6 7 - t 4 j 我們認(rèn)為其中較有發(fā)展前途的是多孔氧化鋁模板，用它作為模扳的主要優(yōu)點(diǎn)有： 微孔分布均勻，尺寸分布狹窄，呈有序平行排列，分布密度可達(dá)每平方厘米1 0 1