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为侈申
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1 评述磁性材料进展 3 都有为南京大学固体微结构物理国家重点实验室南京大学物理系南京摘要磁性材料大体上分为两类其一为铁磁有序的金属磁性材料其二绝大多数为亚铁磁有序! 具有半导体导电性质的非金属磁性材料年代以前金属磁性材料占绝对优势年代以后非金属磁性材料发展成为磁性材料的主流除电力工业用的高饱和磁化强度 ƒ 合金外铁氧体几乎应用于各个领域历史似乎按螺旋形的方式发展年代后金属磁性材料又以新的面貌出现 2, 合金与化合物! 非晶! 纳米微晶磁性材料重领风骚其性能远超越铁氧体纳米磁性材料将成为新的功能材料文章重点介绍了永磁材料与软磁材料其他如磁记录材料! 磁致冷材料! 磁致伸缩材料等将作简单介绍关键词磁性材料金属磁性材料非金属磁性材料纳米磁性材料 Τ ΗΕ ΔΕς ΕΛΟΠΜΕ ΝΤ ΟΦ ΜΑΓ ΝΕΤΙΧ ΜΑΤΕΡΙΑΛΣ 2 ( Νατιοναλ λαβορατορψ οφ Σολιδ Στατε Μιχροστρυχτυρεσ ανδ Δεπαρτ μ ε ντ οφ Πηψσιχσ, Νανϕινγ Υνιϖερσιτψ, Νανϕινγ ) Αβστραχτ ƒ 2, Κεψ ωορδσ 2 2 引言综观磁性材料的发展将有助于我们了解其过去! 现在与未来在市场经济的茫茫大海中正确地掌握航向现将磁性材料发展进程列于表磁性材料总的发展趋势大致上可归纳如下年代前为金属磁的一统天下 ) 年代为铁氧体的黄金时代除电力工业外各应用领域中铁氧体占绝对优势年代以来纳米结构的金属磁性材料的崛起成为铁氧体有力的竞争者磁性材料由过渡族金属与合金的研究扩展到 2 合金与化合物的研究与应用年 ƒ ν 多层膜巨磁电阻效应的发现开拓了一代全新的磁电子器件形成了磁电子学新学科磁性材料的进展亦反映在材料制备工艺上的演变由冶金工艺发展到粉末冶金! 陶瓷工艺随着纳米磁性材料的发展制备纳米微粒! 薄膜! 颗粒膜! 多层膜! 纳米有序阵列等所需的多种物理! 化学工艺发展起来了未来纳米结构的磁性材料将会普遍地采用半导体工艺从材料微结构上考虑总的趋势由三维向低维方向发展例如纳米微晶! 微粒! 丝! 纳米薄膜! 多层膜等从表征的手段看来由单一的金相! 射线技术已发展为多种形式的扫描探针显微技术如原 3 国家重点基础研究发展规划项目国家自然科学基金资助项目全国第十届磁学会议邀请报告收到初稿修回卷年期

2 表磁性材料发展进程年份金属磁性材料非金属磁性材料 ƒ ƒ 磁畴和分子场理论人工合成铁氧体 ƒ 反铁磁理论尖晶石铁氧体软磁铁氧体生产亚铁磁理论旋磁性理论微波铁氧体钙钛矿磁性化合物 ƒ 石榴石平面六角铁氧体 ƒ 型磁性液体 Ρ ƒ 磁泡 ƒ 非晶态合金 ƒ 纳米铁钴室温磁制冷实验 ƒ ƒ 量子磁盘庞磁电阻效应巨磁卡效应了突破性的进展从年至年标志永磁材料主要性能的最大磁能积的进展大致可用指数函数来描述 (ΒΗ) = 1 [( 年份 )/ Σ], 其中周期 Σ 为年, 这意味着每隔年磁能积增长 ε( 1 ) 倍. 永磁材料进展见图. 据年报道, 烧结 ƒ 磁体最大磁能积已达 1, 世纪初能否突破, 目前尚未见端倪. 从理论上考虑, 在理想的条件下, 最大磁能积 (ΒΗ) Λ Μ /. 因此, 材料的 Μ 值决定了永磁材料 (ΒΗ) 理论值的上限, 通常实际材料可能达到的磁能积大约为理论值的 % 左右. 高 Μ 是获得高 (ΒΗ) 的必要条件, 此外, 尚需足够高的矫顽力 Η. 永磁材料主要依靠结晶的形状各向异性而获得高 Η, 而永磁铁氧体与稀土永磁材料的 Η 主要取决于高磁晶各向异性. 为了充分利用形状各向异性与磁晶各向异性去获得高 Η, 严格控制产品的显微结构十分必要. 永磁材料的发展始终围绕着相组成与显微结构两方面而取得进展. 子力显微镜! 磁力显微镜! 扫描隧道显微镜等年代以来磁性材料处于蓬勃发展的全盛时期除传统的永磁! 软磁! 磁记录等磁性材料在质与量上均有显著进展外新颖的磁性功能材料如巨磁电阻! 巨磁阻抗! 巨霍尔效应! 巨磁致伸缩! 巨磁热效应! 巨磁光效应等利用特大的磁电! 磁力! 磁热! 磁光等交叉效应的磁性功能材料为未来磁性材料的发展开拓了新领域本文将侧重于从生产! 应用的角度鸟瞰磁性材料发展的总趋势着重于永磁与软磁材料永磁材料年代全球永磁材料增长率为预计年产值将达到亿美元占磁性材料总产值的永磁材料在电机领域的应用约占电声为测量与控制器件约占其余占永磁材料主要为! 铁氧体! 稀土永磁三大系列当前以铁氧体与 ƒ 稀土永磁为主随着稀土永磁材料的开发与生产永磁材料性能取得图永磁材料的进展 [ ] 211 永磁铁氧体年我国永磁铁氧体产量已达 1 万吨跃居世界首位年全球产量约为 1 万吨我国约万吨预计年全球产量将达万吨我国为万吨回顾永磁铁氧体发展历程年各向同性钡铁氧体问世年锶铁氧体投入生产经过数十年不懈努力在合理的基本配方基础上通过掺杂与严格工艺有效地控制了显微结构使结晶细小! 均匀! 致密! 高取向度性能达到很高的水平现将公司 ƒ 系列永磁铁氧体性能列于表物理

3 表公司 ƒ 系列永磁铁氧体性能牌号 Β Η (ΒΗ ƒ 1 ƒ 1 ƒ 1 1 钡! 锶铁氧体的性能已接近理论值永磁铁氧体进一步发展的方向如何人们曾探讨 Μ 更高的型铁氧体但因工艺复杂难以进入规模生产阶段提高 Μ 的另一途径是以离子取代型永磁铁氧体的 ƒ 离子择优晶位有利于提高 Μ 作为电荷补偿代换有利于提高 Μ 值有可能增进 (ΒΗ) 例如配方为 1 ƒ 1 的永磁铁氧体的性能如下 ϑ 1 ϑ 1 Η Η (ΒΗ) 1 年公司推出 ƒ 高性能锶铁氧体报道的基本配方为 ξ ξ ƒ ξ ξ 其性能如表所示表 ƒ 高性能锶铁氧体性能牌号 Β Η Η 温度系数 ε ƒ 1 ƒ 1 将 ƒ 用作起动电动机在 ε 温度以及同样抗退磁条件下磁体厚度可比 ƒ 减少体积缩小有利于电机小型! 轻型化在市场经济培育下我国部分厂家例如! 梅州! 力源等磁性材料厂已能部分生产较高档的永磁铁氧体从发展的趋势来看充分发挥规模经济的优越性依托科技进行高档产品的大规模集约化的生产将我国的永磁铁氧体生产推向新的发展阶段是十分紧迫而必要的 212 稀土永磁材料年代人们对稀土过渡族金属间化合物进行了大量的基础研究年稀土永磁材料问世树立了永磁材料发展史上的新里程碑年代第二代稀土永磁研制成功年代第三代稀土永磁 ƒ 材料以其优异的性能和较低廉的价格奠定了稀土永磁材料在永磁材料中的霸主地位目前烧结钕铁硼与粘结钕铁硼是产量最大的一类稀土永磁材料年日本稀土永磁材料的产值首次超过永磁铁氧体预计全球烧结 ƒ 的产值在年将达到余亿美元并超过永磁铁氧体由于受到价格的约束在产量上铁氧卷年期体仍将稳居首位现将年国际永磁材料产品性能! 价格和产量对比列于表永磁材料表年国际永磁材料产品性能! 价格和产量对比 ΒΗ 产量万吨价格价格性能比 ƒ 铁氧体近年来各类磁性材料的性能都有不同程度的提高产量与价格亦有不同幅度的变化但价格性能比的大体趋向并没有根本的变化因此铁氧体与稀土永磁将会长期共存磁钢亦因其高剩磁和低温度系数而占据一席之地一些永磁材料典型的特性见表表一些永磁材料典型的特性材料 Λ Μ Β Η Η ΒΗ Τ ε 铁氧体 ƒ 1 1 ) ƒ 稀土永磁虽然磁性能最高但居里温度偏低通常工作温度低于 ε 剩磁温度系数较高为 1ε 而且抗腐蚀性能差年代后人们积极探索新型稀土永磁材料以期提高磁性能或降低成本并在 Β Β Β 的氮化物和碳化物中取得了可喜的成绩例如 Ρ ƒ 为易面金属间化合物掺入后可成为主轴型! 高矫顽力的永磁材料原子处于晶格间隙位置导致晶格膨胀 ƒ 2 ƒ 互作用增强从而改变 Κ 与 Τ 值 Ρ ƒ Μ Ρ Μ 亦为易面化合物掺入氮原子后可变易面为易轴并提高居里温度这些化合物中的原子超过 ε 时会逸出晶格而导致相分离因此不宜作为烧结磁体适宜作为粘结永磁体磁粉现将具有潜在应用前景的这些化合物特性列于表我国是稀土大国稀土的蕴藏量占全球的我国科学家在稀土永磁材料研究中作出了十分出色的创新性工作但遗憾的是在初始研究中我国慢了一步以致专利均为国外所垄断从而使我国永磁材料的发展受制于美国和日本从当前世界经济的格局看来要发展民族经济必须有自己的知识产权这就要求我们在基础研究上要投入更多的人力! 物力要勇于创新及时申请专利十分可喜的

4 是北京大学杨应昌院士已获得 Β 稀土永磁的专稀土与钴的含量例如 Β 相纳米复合掺利并积极地推向生产等以期降低成本提高市场竞争力其二是改进和表具有潜在应用前景的新型稀土永磁化合物材料的特性类型化合物 Ρ Η 室温 Τ ƒ 1 1 ƒ ξ 1 1 Β ƒ 1 1 ξ 1 1 ƒ 1 1 ξ ƒ 1 ξ 1 1 Β Β ƒ 1 1 ƒ 平面 χ 轴 ƒ 1 1 ξ ƒ ƒ ) 稀土永磁材料研究中另一个重要方向是纳米复合双相稀土永磁材料通常软磁材料的饱和磁化强度高于永磁材料而永磁材料的磁晶各向异性又远高于软磁材料如将软磁相与永磁相在纳米尺度内进行复合就有可能获得兼具二者优点的复合永磁材料理论表明当晶粒尺寸处于交换耦合尺寸 Λ (Α/ Κ) 之内时晶粒尺寸大致为左右由于交换耦合有可能增大剩磁值而不过多地降低 Η 值对理想的层状结构纳米复合永磁体的最大磁能积理论值如下 ƒ Α2ƒ 为 ƒ Α2ƒ 为 ƒ ƒ 为目前实验结果虽已证明交换耦合的存在但实际磁能积远低于理论值例如各向同性的复合永磁体的性能参数如下 ƒ Α2ƒ Β 1 Λ Η 1 ΒΗ ƒ Β 1 Η ΒΗ 虽然性能并不理想但由于稀土含量减小铁含量增加有利于降低成本此外稀土永磁相微晶被 Α2ƒ 所包围可以有效地阻止稀土被氧化腐蚀增进化学稳定性此类磁粉已进入粘结永磁体的应用领域粘结永磁材料是永磁材料重要的分支其性能虽低于烧结磁体但它可以制备小型! 异型的永磁体广泛地应用于微型电机! 办公用品! 自动控制等领域根据年统计全球永磁体市场总销售额为亿美元粘结磁体占其中 ƒ 粘结永磁体是增长最快的一类材料目前粘结 ƒ 磁体产量为余吨年增长率为 ) 目前稀土永磁的发展有两个趋向其一是降低提高性能如研制高温下 ε 使用的稀土永磁材料等最大磁能积超过仍是人们今后努力的方向软磁材料软磁材料是应用广泛! 种类最多的一类磁性材料在铁氧体尚未问世之前金属软磁材料垄断了电力! 电子! 通信各领域金属磁饱和磁化强度远高于铁氧体因此电力工业中的变压器! 电机等至今仍是铁硅合金材料随着使用频率的增加金属磁的低电阻率的特性导致趋肤效应涡流损耗限制了在高频段的应用年代开始软磁铁氧体由实验室走向工业生产金属软磁材料如高磁导率的 ƒ 合金在较高频段使用的 ƒ 合金以及羰基铁粉均相继退出应用市场仅局限于某些特殊的应用年代至年代铁氧体在软磁行业中独占鳌头软磁材料的性能常因应用而异但通常希望高磁导率! 低损耗根据传统的磁畴理论对软磁材料除了磁晶各向异性常数和磁致伸缩系数必须尽可能降低外因矫顽力与晶粒尺寸成反比因此以往追求的材料的显微结构是结晶均匀晶粒尺寸尽可能大年 ƒ 非晶态合金研制成功年 ƒ 纳米微晶软磁材料问世均发现了非常优异的软磁特性根据混乱各向异性理论在交换作用长度 Λ Α/ Κ 内如有 Ν 个晶粒则其平均磁晶各向异性常数将降低 Ν 倍矫顽力与晶粒尺寸呈六次方关系软磁材料的矫顽力与晶粒尺寸的关系见图于是软磁材料的研制又进入另一个极端要求晶粒尺寸尽可能小以致达到纳米量级年代后非晶与纳米微晶金属软磁材料逐步成为软磁铁氧体的新的竞争对手在性能上它远优于铁氧体但在性能价格比上尚处于劣势在市场占有率上一时还不会对铁氧体构成威胁但在高技术领域的应用中它将大显身手 311 软磁铁氧体世界软磁铁氧体的产量由年万吨增长到年的万吨其中我国与东南亚增长速度最快年我国产量约千吨到年已发展到万吨相反的美国却呈负增长而西欧的增长率近似为零目前我国软磁铁氧体的生产量已居世界首位预计年世界产量将达到万吨我国物理

5 图软磁材料的矫顽力与晶粒尺寸的关系 υ 非晶态 ƒ 基 π 纳米微晶 ƒ 2 ) 1 ο ƒ 2 1 τ 2ƒ ϖ 坡莫合金生产厂家及牌号 Λ 表高 Λ 铁氧体的生产水平将占这表明软磁铁氧体的生产重心已由欧美转移到我国和东南亚地区在软磁铁氧体的产量中功率铁氧体约占高磁导率材料约占宽带射频铁氧体! 电子镇流器约占其他如抗电磁干扰! 偏转磁芯等也有较多应用软磁铁氧体的进展大致如下 ) 年代确立了软磁铁氧体的基本配方如平面六角铁氧体等 ) 年代对制备工艺! 气氛! 相组成与显微结构进行了研究 ) 年代对三元组成与性能的关系添加物的影响进行了系统的研究数十年的不懈努力使软磁铁氧体制备工艺日益完善性能日臻完美高 Λ 铁氧体的实验室水平可达 Λ 生产水平见表 Δ Β Η Α Σ ε Η Σ ε Θ 8 Λ? 1 1 ) 1 1? 1 1 ) 1 1? ) 1 1 ) 1 1? 1 ) 1 )? 1 1 ) 1 ) 日立铁氧体 2 1 ) 1 1 荷兰飞利浦? ) ) 1 ) 德国西门子? ) 美国 1 ) 1 涞水磁材厂? 1 1 ) 1 ) 淄博磁材厂? 1 ) 1 1 厂? 1 1 ) 1 ) 表不同添加物对 1 1 ƒ 1 样品的室温涡流损耗 Π 与直流电阻率 Θ 的影响添加物不含 2 含 2 特性样品样品 Π Θ 8 1 功率铁氧体年代后开始发展起来主要工作在高功率状态作为开关电源中变压器磁芯要求高饱和磁化强度! 低损耗随着电子产品向小型化方向发展开关电源体积日趋缩小重量减轻根据变压器原理输出电压与频率成正比 ς ΚφΒ ΑΝ 要缩小体积十分有效的途径就是提高开关电源的频率从而要求功率铁氧体在所使用的高频段具有低损耗早期开关电源的工作频率为随后提高到 ) 年代后又发展到 1 ) 并向方向推进由于磁性材料使用的截止频率 φ 与晶粒尺寸 Δ 成反比例 φ Λ Μ Δ 因此为了提高工作频率必须严格控制软磁铁氧卷年期体产品的显微结构使晶粒细小! 均匀减少空隙率提高密度此外尚需进行合理的掺杂增进晶界电阻率以降低高频涡流损耗例如不同添加物对 1 1 ƒ 1 样品在和高频磁场测试条件下所获得的室温涡流损耗 Π 与直流电阻率 Θ 的影响如表所示现将国内外生产功率铁氧体的部分产品性能列于表目前我国部分厂家的产品水平虽与国外大致相当但从规模效益上都远低于国外例如日本公司和韩国三和电子公司年产量分别达到 1 万吨与万吨而我国仅数家工厂年产量可达千吨此外我国高档软磁铁氧体的生产与国外还有一定的差距

6 生产厂家及牌号表功率铁氧体的部分产品性能 Λ Β Β Η Η ε Τ ε Θ 8 φ Π ε ε ε? 1? 1 ƒ? 1? 1? 1? 1 飞利浦? ƒ? 日立所厂? 1? 非晶与纳米微晶金属软磁材料非晶态磁性材料是磁性材料发展史上重要的里程碑它超越了传统晶态磁性材料的范畴从晶态到非晶态和纳米微晶态大大地拓宽了磁性材料研究! 生产与应用的领域与晶态相比非晶态材料通常具有高强度! 高耐腐蚀性与高电阻率的特性非晶态软磁材料大致上可归纳为三大类过渡金属类金属非晶合金等类金属加入过渡金属中更有利于生成非晶态合金例如铁基非晶态合金 ƒ ƒ 等具有较高的 Β 1 1 铁镍基非晶态合金如 ƒ ƒ 具有较高磁导率钴基非晶态合金如 ε 提高到 1 以及进行多次结晶亦显著地降低了损耗增强了与非晶材料的竞争力非晶材料在晶化温度之上进行退火处理可以转变为晶态如在 ƒ 非晶组成中再添加元素以细化晶粒并限制在退火过程中晶粒长大就可以获得纳米微晶材料例如著名的 ƒ 纳米微晶软磁材料其组成为 ƒ 1 1 其晶粒尺寸约为具有优异的软磁特性现已发展为几种牌号其中牌号为 ƒ ƒ 的纳米微晶材料的特性与铁氧体! 非晶材料对比见表 ƒ 居里温度为 ε 远高于铁氧 ƒ ƒ 等适宜作为高频开关电源变压器稀土过渡族非晶合金如 ƒ ƒ 等可作磁光薄膜材料过渡金属过渡金属非晶态合金如 ƒ 等添加一定量的类金属元素可形成非晶态铁磁性合金铁基非晶带的损耗仅为传统 ƒ 2 合金的在电力工业中应用可以显著地降低损耗但由于成本较高目前尚难以大量取代传统的材料但在高功率脉冲变压器! 航空变压器! 开关电源等方面已获得应用传统 ƒ 2 合金近年来通过提高含量由体和基非晶材料其饱和磁化强度接近 ƒ 基非晶材料为铁氧体的倍饱和磁致伸缩系数仅为 ƒ 基非晶材料的因此在高频段应用优于 ƒ 基非晶态合金此外它不存在非晶态材料老化的问题目前在电磁兼容元件上得到广泛的应用纳米微晶软磁材料近年来发展甚快除上述的 ƒ 系列外尚有 ƒ Μ 系 Μ ƒ Μ 系 Μ 等按含 ƒ 量不同大致上可分为两类 ƒ 类金属合金 ƒ ) Β 物理

7 1 ) 1 如 ƒ ƒ ƒ ƒ 等 ƒ 2 Μ2 合金 ƒ ) Β 1 ) 1 如 ƒ 2 2 ƒ 2 2 ƒ 2 2 等系列例如牌表纳米微晶材料的特性与铁氧体! 非晶材料对比号为的产品配方为 ƒ 如其中 ƒ 以 ƒ 合金代换可进一步改善高温磁性其商业牌号为一些纳米微晶材料的磁特性与损耗对比见表 ƒ 基 ƒ 基 ƒ 2 铁氧体非晶非晶磁导率 Λ? 饱和磁通密度 Β 矫顽力 Η 磁矩比 Β Β 磁芯损耗 Π 居里温度 Τ ε 饱和磁致伸缩常数 Κ 1 电阻率 Θ 密度 δ 最大磁化场时的直流磁性在 Β 1 下测量表纳米微晶材料的磁特性与损耗对比成分 τ Λ Β Λ 3 Η Κ Θ 8 Ω Ω Ω ƒ 1 1 ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ 1 1 ƒ ƒ ƒ 1 ƒ 1 ƒ ƒ 1 ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ 纳米软磁材料! 非晶软磁材料! 软磁铁氧体磁性的对比见图 313 纳米结构的高频软磁材料巨磁电阻读出磁头的应用使磁盘记录密度轻易地超过随着记录密度的提高要求写入磁头能在高频下工作其使用频率高达此外高频薄膜电感器! 变压器等均希望磁性材料具有卷年期高 Β! 低损耗铁氧体虽在高频段损耗很低但 Β 仅为金属磁的左右上述的纳米微晶软磁材料又难以应用于几百兆周年代后一类新颖的金属纳米结构的软磁材料都显示出很好的高频特性年首先报道了纳米结构的 ƒ ) Μ ) ) Μ 等薄膜具有很好的高频特性这些薄膜是由纳米铁磁晶粒尺寸小

8 于嵌于高 Μ 组成的高电阻率的非晶相中其应用频率可超过例如 ƒ 薄膜 Λ Μ 1 Λ χυ φ 1 ƒ 薄膜频率下的 Θ 值可达 Λ χ 这类薄膜具有很好的抗腐蚀性其磁性与频率的关系见图近年来还发现 ƒ 纳米微晶软磁合金薄膜可以工作在超高频段例如组成为 ƒ 的氮化物薄膜 Η 1 Λ Μ 具有矩形 Μ2 Η 回线铁磁共振频率为 1 而其中的氮化物可限制铁磁晶粒长大从而产生纳米微晶结构因此薄膜的性质与制备过程中氮的含量关系密切电子器件发展的总趋势是随着集成程度提高体积将日益缩小重量将降低因此磁性元件的薄膜化与小型化甚至集成化是必然的趋势高性能磁性材料如高 Β! 高 Η! 高 Λ 等是元件小型化的必要前提磁记录材料图纳米软磁材料! 非晶软磁材料! 软磁铁氧体磁性的对比自从年发明钢丝录音以来磁记录介质经过年的发展历史年以 ƒ 微粒作为磁记录介质涂布于赛璐珞上做成磁带年针状 Χ2ƒ 磁粉投入生产年杜邦公司研制成性能优良的磁带年 2Χ2ƒ 高性能磁粉用于录像带年 ƒ 微粉用于高密度磁带年掺的钡铁氧体磁粉用于涂布型磁记录介质年推出蒸镀金属录像带将记录密度推上新阶段因此磁记录介质亦是经历了金属 ) 非金属 ) 金属的历史进程但目前大量应用仍以磁性氧化物微粒录磁介质为主磁记录介质大体上可分为非连续介质与连续介质两大类为了提高磁记录密度磁记录介质总的发展趋势是向高 Η! 图纳米高频软磁性材料的频率特性图磁记录密度的进展物理

9 高 Β 方向发展年代后期人们曾认为磁盘将被光盘等其他高密度存储方式取代然而到年公司将巨磁电阻效应用于读出磁头轻易地将存储密度提高倍目前已超过因制备磁盘是十分成熟的工艺采用巨磁电阻效应读出磁头以及纳米结构金属软磁材料为写入磁头其记录密度已超过光盘于是重新确立了磁盘在磁记录中的主导地位磁记录另一发展动向是采用纳米刻蚀的工艺形成金属磁性颗粒的有序阵列即所谓 / 量子磁盘 0 可望将磁记录密度提高到磁记录材料已成为磁性材料中产值最高的材料成为信息社会重要的组成部分磁记录密度的进展见图磁致冷材料磁致冷是利用自旋系统磁熵变的致冷方式与通常的压缩气体制冷方式相比它具有效率高! 功耗低! 噪音小! 体积小! 无污染等优点磁致冷发展的总趋势是由低温向高温发展年代利用顺磁盐作为磁致冷工质采用绝热去磁方式成功地获得量级的极低温年代采用型的顺磁性石榴石化合物成功地应用于 1 ) 的磁致冷年代用磁性铁离子取代部分非磁性镓离子由于 ƒ 离子与离子之间存在超交换作用使局域磁距有序化构成磁性的纳米团簇当温度高于时其磁熵变超过从而成为温区最佳的磁致冷材料年首先采用金属在磁场下实现了室温磁致冷但要实用化必须研制成功在永磁体所能达到的低磁场下通常低于具有大的磁熵变材料近年来由于氟里昂气体制冷剂的禁用室温磁致冷更成为国际前沿研究课题年代以来人们在磁致冷材料方面开展了许多研究工作年报道钙钛矿磁性级从年代起人们就注意到在稀土过渡族化合物系列中如 ƒ ƒ 具有巨大的磁致伸缩效应其值为量级称为巨磁致伸缩效应但饱和磁场太高为了达到实际应用的目的主要是尽量降低饱和磁场值近年来已取得了重要进展如 1 1 ƒ ξ ξ 1 ) 1 合金在磁场下磁致伸缩系数约为在 2 2ƒ 2 四元系统中用取代 ƒ 磁致伸缩效应可增加采用与软磁纳米复合的方式亦可降低饱和磁场利用相变产生巨磁致伸缩效应已成为当前研究重点之一巨磁致伸缩材料在声纳! 传感器! 超声发生器! 微距器等方面有着广泛的应用磁电阻效应由于磁化状态的改变而引起材料电阻率变化的现象称为磁电阻效应对一般金属材料其值甚小通常不予考虑对铁! 镍! 钴等磁性材料一般约为铁镍合金具有较大的各向异性磁电阻效应室温值约为年发现 ƒ 多层膜的磁电阻效应在低温高达故称为巨磁电阻效应见图随后在众多多层膜! 颗粒膜! 钙钛矿磁性化合化合物磁熵变超过金属 ) 同年报道化合物的磁熵变可高于金属一倍尽管室温磁致冷离实际应用还有一定的距离但它正一步步走向实用化室温磁致冷如能实现必将产生巨大的经济效益和深远的社会影响磁致伸缩材料磁致伸缩是指材料的尺寸或形状随磁化状态变化而改变的现象通常这种尺寸的变化小于量图 ƒ 多层膜的巨磁电阻效应卷年期

物以及金属绝缘体夹层膜中均发现各向同性的巨磁电阻效应其机制不同于各同异性磁电阻效应而与输运过程中自旋相关散射有关从而形成磁电子学新学科有关综述文献读者可参考 5 物理学进展 6 年第卷第期与自旋相关的磁输运现象已成为纳米材料体系中较普遍的现象巨磁电阻效应不仅具有重要的基础研究意义而且有巨大的经济效益利用巨磁电阻效应的自旋阀器件已在磁头! 磁随机储存器!

10 物以及金属绝缘体夹层膜中均发现各向同性的巨磁电阻效应其机制不同于各同异性磁电阻效应而与输运过程中自旋相关散射有关从而形成磁电子学新学科有关综述文献读者可参考 5 物理学进展 6 年第卷第期与自旋相关的磁输运现象已成为纳米材料体系中较普遍的现象巨磁电阻效应不仅具有重要的基础研究意义而且有巨大的经济效益利用巨磁电阻效应的自旋阀器件已在磁头! 磁随机储存器! 磁传感器中得到应用磁电子晶体管等器件正在研制中结束语磁性是物质的基本属性磁性材料是古老而年轻的功能材料磁性材料的应用已渗透到国民经济! 国防各个领域中磁性材料发展的总趋势将由过渡族合金! 化合物向 2, 多元合金! 化合物方向发展由三维向低维方向发展纳米磁性材料将成为重要的磁性功能材料致谢曹庆琪博士等人为本文打印付出辛勤劳动在此表示感谢参考文献 ƒ 2 都有为陆怀先张毓昌等物理学报 ετ αλ. Αχτα Πηψσ. Σινιχα, ετ αλ. 2 ƒ 2 ετ αλ. 2 ετ αλ. 2 ƒ ετ αλ. ƒ ετ αλ. ετ αλ. ετ αλ. ετ αλ. ετ αλ. 2 ετ αλ. ƒ 作者简介都有为男岁南京大学物理系教授博士生导师 ) 年美国大学天文物理系客座教授获省! 部级奖项编著 5 铁氧体 6!5 磁记录材料 6 等书发表学术论文余篇长期从事磁学与磁性材料的教学与研究工作目前主要开展纳米材料磁性的研究工作现任中国物理学会磁学专业委员会副主任! 中国电子学会磁学专业委员会委员! 中国科学院物理研究所国家磁学开放实验室学术委员会委员! 兰州大学应用磁学开放实验室学术委员会主任! 南京大学固体微结构物理国家实验室学术委员会委员! 南京大学纳米科学与技术中心主任! 国家重点基础研究发展规划项目 / 纳米材料和纳米结构 0 学术顾问物理

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