具有自旋玻璃行為的氧化鐵的制備及其磁性能研究.pdf

1、長(zhǎng)期以來(lái)，材料中的自旋玻璃行為是材料物理和凝聚態(tài)物理的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)，并在磁性材料的應(yīng)用領(lǐng)域中占據(jù)著重要的地位。由于目前的理論方法和實(shí)驗(yàn)手段主要局限于材料平衡態(tài)的研究，因此根源于非平衡態(tài)的自旋玻璃行為及其相關(guān)材料的磁性特征就很難被全面、準(zhǔn)確、定量地表達(dá)。本論文在該研究背景下，選取兩種重要的氧化鐵材料（三氧化二鐵和四氧化三鐵）作為主要研究對(duì)象，采用水熱法制備出不同形貌和結(jié)構(gòu)的單晶、多晶、非晶自旋玻璃態(tài)產(chǎn)物，并利用超導(dǎo)量子干涉儀對(duì)產(chǎn)物的磁性

2、能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。
　　本論文研究成果主要包括以下六個(gè)方面:
　　(1)通過(guò)一步水熱法制備出了具有室溫自旋玻璃行為的α-Fe2O3單晶納米片。磁性能研究發(fā)現(xiàn)，在低于室溫的任一溫度下，該納米片都表現(xiàn)出近乎相等的矯頑力和剩余磁化強(qiáng)度值。此外，在這些納米片中還觀察到了超自旋玻璃態(tài)和超鐵磁態(tài)特征。
　　(2)在所制備的α-Fe2O3單晶棱柱中觀察到了反常的再入型Morin相變行為，即在升降溫過(guò)程中體系發(fā)生了兩次Morin相變

3、。磁性能研究發(fā)現(xiàn)，體系中兩種尺寸的顆粒以及顆粒界面處自旋過(guò)渡層的自旋玻璃行為導(dǎo)致了再入型Morin相變的發(fā)生。
　　(3)通過(guò)對(duì)α-Fe2O3單晶立方體的磁性能研究發(fā)現(xiàn)，立方體的表面“磁死層”并不是通常所認(rèn)為的磁鈍化層，而是具有顯著順磁性或亞鐵磁性的磁活性層，從而對(duì)體系的熱磁曲線、高場(chǎng)磁滯回線以及交換偏置效應(yīng)產(chǎn)生了決定性的影響。(4)在多晶α-Fe2O3空心球中觀察到了較大的高場(chǎng)磁化強(qiáng)度值(＞10 emu/g)和反常的熱剩磁行為，

4、進(jìn)而提出了α-Fe2O3中的一種新型的磁性機(jī)制，即:當(dāng)α-Fe2O3材料的初級(jí)粒子尺寸較小并存在著大量的懸鍵時(shí)，粒子表面或界面處的自旋玻璃行為會(huì)使材料表現(xiàn)出有別于宏觀塊體α-Fe2O3材料的較強(qiáng)的鐵磁性特征，從而拓展了α-Fe2O3在自旋電子學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用。
　　(5)利用一步水熱法制備出了一系列具有不同內(nèi)部結(jié)構(gòu)的α-Fe2O3非晶基自旋玻璃，并系統(tǒng)研究了其生長(zhǎng)機(jī)理和晶相轉(zhuǎn)變過(guò)程。磁性能研究發(fā)現(xiàn)，非晶基自旋玻璃中的納米晶相不但可以

5、在保證非晶基體基本磁性特征不變的基礎(chǔ)上顯著提升體系的磁化強(qiáng)度值，而且會(huì)在低溫下與自旋玻璃基體間發(fā)生交換耦合作用，產(chǎn)生交換偏置效應(yīng)，同時(shí)還會(huì)由于其自身的難磁化特點(diǎn)而在體系中產(chǎn)生小環(huán)效應(yīng)，這兩種效應(yīng)協(xié)同作用使體系最終產(chǎn)生了顯著的磁滯回線偏移現(xiàn)象。
　　(6)通過(guò)對(duì)所制備的兩種氧化鐵異質(zhì)結(jié)構(gòu)（Fe3O4@α-Fe2O3立方體和Fe3O4@Ag球體）的磁性能研究發(fā)現(xiàn)，異質(zhì)結(jié)構(gòu)界面處的晶格不匹配會(huì)造成自旋磁矩間的混亂與阻挫（即自旋玻璃行為）