介紹一些具體納米磁性材料課件

三介紹一些具體納米磁性材料三介紹一些具體納米磁性材料1零維納米磁性液體及磁性微球一維磁性納米絲及其列陣3二維磁性納米薄膜及其應用4納米晶軟磁性材料及產(chǎn)業(yè)化5雙相納米復合硬磁性原理6高頻，微波納米材料的設想Nanosize:1---100nm3D1D2D0DNanoMaterial零維納米磁性液體及磁性微球Nanosize:1---1002零維------超順磁性同一材料是否表現(xiàn)出超順磁性，除與材料尺寸有關外，與測量溫度，粒子周圍環(huán)境，測量方法的數(shù)據(jù)采集時間等都有關系。零維------超順磁性同一材料是否表現(xiàn)出超順磁性，3磁性液體性能與組成磁性液體性能與組成4磁性液體應用磁性液體應用5集聚的磁性液體粒子可起到密封，潤滑等作用，又可相對運動自由，因而在真空，環(huán)保等方面應用廣泛。集聚的磁性液體粒子可起到密封，潤滑等作用，又可相對運6起散熱，潤滑等作用，極大縮小了揚聲器體積，增加了功率，改善了音質(zhì)。磁性液體廣泛用于揚聲器起散熱，潤滑等作用，極大縮小了揚聲器體積，增加了功率，改善了7在IT行業(yè)常需要的激光掃描器，轉(zhuǎn)靶X光機，大型單晶生長設備等的轉(zhuǎn)動密封部分在IT行業(yè)常需要的激光掃描器，轉(zhuǎn)靶X光機，大型單晶生長設備等8磁性微球納米磁性粒子通過表面活化劑與單克隆抗體，酶，藥物，基因結(jié)合，稱為磁性微球，在生物工程，生物芯片，生物分子標簽等方面有重要應用前景。還可以在生物體內(nèi)使藥物定向起作用，即生物導彈，是治療癌癥的有效方法。

磁性微球納米磁性粒子通過表面活化劑與單克隆抗體，酶，9一維納米絲

一維磁性納米絲是近年來發(fā)展很快的研究內(nèi)容，材料可以是單一金屬，合金，化合物，復合物，多層膜。利用一維納米絲制備納米量子存儲介質(zhì)，是高密度，低噪音硬盤介質(zhì)的發(fā)展方向之一。用于細胞分離，純度達80%，產(chǎn)率達85%NiFe納米絲Co單晶納米絲一維納米絲一維磁性納米絲是近年來發(fā)展很快的研究內(nèi)容10存儲密度的變化趨勢存儲密度的變化趨勢11二維納米薄膜二維磁性納米薄膜是幾十年來研究得最多的內(nèi)容之一

60年代是研究NiFe薄膜的熱潮，用于磁性內(nèi)存，后來被半導體所取代；70年代是研究磁泡薄膜的熱潮，用于磁存儲，后來因各種原因被淘汰；80年代是研究磁光薄膜的高潮，目前市場的可擦寫光盤即基于此項研究成果；90年代對磁性多層膜的研究導致巨磁電阻效應的發(fā)現(xiàn)，并發(fā)展成新型學科---自旋電子學。二維納米薄膜二維磁性納米薄膜是幾十年來研究得最多的內(nèi)容之一12四類具有巨磁電阻效應的多層膜結(jié)構(gòu)：1磁性多層膜的GMR效應

四類具有巨磁電阻效應的多層膜結(jié)構(gòu)：1磁性多層膜的GM13GMR效應的機理在于自旋極化電子在其相干長度范圍內(nèi)在不同自旋取向膜層有不同的散射幾率，即不同的電阻。GMR效應的機理在于142自旋閥結(jié)構(gòu)是GMR的實用化設計

2自旋閥結(jié)構(gòu)是GMR的實用化設計

153.具有納米氧化層的自旋閥結(jié)構(gòu)已是讀出磁頭的定型產(chǎn)品

3.具有納米氧化層的自旋閥結(jié)構(gòu)已是讀出磁頭的定型產(chǎn)品

16硬盤結(jié)構(gòu)圖----其中用到的永磁電機，讀寫磁頭和存儲磁盤等磁性部件都是納米材料的研究對象。硬盤結(jié)構(gòu)圖----其中用到的永磁電機，讀寫磁頭和存儲磁盤等磁17薄膜讀出磁頭薄膜讀出磁頭18自旋二極管半導體的小型化極限：對稱性破壞導致的能帶隙破壞，不再是好的半導體；載流子數(shù)不足；特征長度大也不利于小型化。載流子運動的功耗較大。約100年前進入真空管時代，50年前進入晶體管時代，現(xiàn)在進入自旋管時代！自旋二極管半導體的小型化極限：對稱性破壞導致的能帶隙破壞，不194.磁性隧道結(jié)是目前的研究熱點

其一個重要應用前景是磁性隨機存儲器4.磁性隧道結(jié)是目前的研究熱點

其一個重要應用前景是磁性隨20由此產(chǎn)生一門新興學科------自旋電子學

由此產(chǎn)生一門新興學科------自旋電子學21ArchitectureofMRAMCellonWafer(SolidView)WWLRWLGNDBLMTJArchitectureofMRAMCellonW22MRAM與現(xiàn)行各存儲器的比較（F為特征尺寸）技術DRAMFLASHSRAMMRAM容量密度256GB256GB180MB/cm2>256GB速度150MHz150MHz913MHz>500MHz單元尺寸25F2/bit2F2/bit

2F2/bit聯(lián)接時間10ns10ns1.1ns<2ns寫入時間10ns10

s

<10ns擦除時間<1ns10

s

<10ns保持時間2.4s10years

無窮循環(huán)使用次數(shù)無窮105無窮無窮工作電壓(V)0.5-0.6V

5V

0.6-0.5V

<1V開關電壓0.2V5V

<50mVMRAMDRAMMRAM與現(xiàn)行各存儲器的比較（F為特征尺寸）技術DRAMFL23磁性半導體材料是自旋電子學是另一大類磁性半導體材料是自旋電子學是另一大類24磁性納米復合物

由于其材料的選擇剪裁，性能調(diào)節(jié)余地很大，可以在各不同的領域找到合適的材料配方。因此對納米隱身材料同樣應是研究重點，比如，納米磁性復合顆粒薄膜研究，納米磁性多層膜的研究?，F(xiàn)僅舉其他磁性材料的幾個例子：是非常有實用價值的研究方向磁性納米復合物由于其材料的選擇剪裁，性能調(diào)節(jié)25由非晶態(tài)FeSiB退火，通過摻雜Cu和Nb控制晶粒尺度，成為新型的納米晶軟磁材料由非晶態(tài)FeSiB退火，通過摻雜Cu和Nb控制晶粒尺度，成為26納米晶軟磁的變化規(guī)律完全不同于常規(guī)軟磁材料：矯頑力很小，磁導率很高。

納米晶軟磁的變化規(guī)律完全不同于常規(guī)軟磁材料：矯頑力很小，磁導27

軟磁納米晶機制在于

納米晶粒間的交換耦合作用將有效抵消局部的，無規(guī)的各向異性，平均各向異性能密度<K>：

因為<K>=K1/N?,

此交換長度范圍內(nèi)含有晶粒數(shù)N=(Lex/D)3，故有<K>=K1(D/Lex)3/2,

而鐵磁交換長度又有關系Lex=(A/〈K〉)1/2，

當晶粒尺度D小于Lex時，其無規(guī)各向異性可示為

<K>=K1

4D6/A3,即<K>與D是六次方的關系，相應磁導率μ隨納米粒子D的減小，也以六次方關系增加。軟磁納米晶機制在于

納米晶粒間的交換耦合作用將有效抵28性能比較性能比較29納米雙相復合硬磁理論表明，納米級的軟磁和硬磁顆粒復合將綜合軟磁Ms高，硬磁Hc高的優(yōu)點獲得磁能級比現(xiàn)有最好NdFeB高一倍的新型納米硬磁材料納米雙相復合硬磁理論表明，納米級的軟磁和硬磁顆粒復合將綜合軟30磁能級的預期值幾乎比現(xiàn)有值高一倍磁能級的預期值幾乎比現(xiàn)有值高一倍31其機理是在硬磁粒子和軟磁粒子

界面產(chǎn)生交換彈性耦合其機理是在硬磁粒子和軟磁粒子

界面產(chǎn)生交換彈性耦合32以直徑為D的軟磁球被硬磁介質(zhì)包圍做模型以SmCo/Fe為例，計算了反磁化形核場與粒子直徑的關系,表明在粒徑小于3納米時，形核場可高達19.5T.以直徑為D的軟磁球被硬磁介質(zhì)包圍做模型以SmCo/Fe為例，33可以用多種模型作類似計算，可以用多種模型作類似計算，34

高頻，微波納米磁性材料由于納米粒子或薄膜尺度小于電的趨膚厚度，非常有利于在高頻應用。除要求磁導率μ?高外，如μ??也高，則可為隱身吸波材料，如μ??低，損耗小，則可為高頻軟磁，電感材料。高頻，微波納米磁性材料由于納米粒子或薄膜尺度小于35大塊材料使用頻率與磁導率的假設其共振機制是由材料的磁晶各向異性場決定的自然共振(1)同時，對于由磁化強度轉(zhuǎn)動引起的磁導率，易軸無規(guī)分布時表示為：(2)Snoek極限大塊材料使用頻率與磁導率的假設其共振機制是由材料的磁晶各向異36(1)x(2),得到：(3)可見，對一確定的材料為一常數(shù)對Ni-Zn鐵氧體：

只要存在立方各向異性，任何鐵氧體不可能有高于snoek極限的磁導率f(MHz)1120560280140μ5102040(1)x(2),得到：(3)可見，對一確定的材料為一常數(shù)對N37納米薄膜的平面各向異性可以突破這個極限設平面各向異性的易平面與c軸垂直設磁化強度在平面內(nèi)轉(zhuǎn)動的各向異性場為Ha1

；場為磁化強度轉(zhuǎn)出這個平面的各向異性Ha2；則這種平面各向異性的大塊材料的自然共振頻率為：(4)對于易軸在面內(nèi)無規(guī)分布的多晶材料，在面內(nèi)的轉(zhuǎn)動磁化率：(5)(4)x(5),得到：(6)實驗證實，平面鐵氧體自然共振發(fā)生的頻率確實高于snoek極限。納米薄膜的平面各向異性可以突破這個極限設平面各向異性的易平面38因此：使用納米量級的薄膜材料，可使Snoek極限增大倍，對于，的FeNi合金薄膜，線度比：=2000時，=63.345。（當膜厚為10nm時，則圓形薄膜的直徑應為20μm）當粒子尺度及間距均小于交換耦合長度時，粒子間的交換作用將使粒子的各向異性平均掉，且將粒子磁化強度耦合在一起，使整個薄膜的Ｈｃ大大減小，μ大大提高。采用高飽和磁化強度的材料可使進一步提高因此：使用納米量級的薄膜材料，可使Snoek極限39(FeCo)-Zr2O5納米顆粒膜，在1ＧＨｚ，μ~260，μ~320，比常規(guī)預想提高了二個量級。舉例(FeCo)-Zr2O5納米顆粒膜，舉例40高頻薄膜電感當納米粒子或