Magnetic Properties and Microstructure of Sm-Fe-Ga-C nanocomposites

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竿卉米
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1 中科院物理所课题组 2009 年课题总结报告磁性纳米结构与磁共振成昭华孙阳张向群杨海涛何为中国科学院物理研究所磁学国家重点实验室 M04 组

2 研究队伍一课题组简介磁性纳米结构杨海涛何为磁共振与超快过程张向群氧化物单晶与多晶承担项目 973 项目基金委重点项目基金委面上基金中科院设备研制博士生 7 人硕士生 2 人发表论文 18 篇, 其中 PRL,PNAS, Adv. Mater. 各 1 篇申请发明专利 1 项

3 磁性纳米结构与磁共振单晶生长炉 (2002) 电化学实验室 (2003) 一课题组简介 MBE/SPM/SMOKE/MS(2004) 电极磁输运 (2002) 穆斯堡尔谱仪 (2003) 电子自旋共振 (2006)

4 杨海涛宋宁宁磁性纳米结构与磁共振磁性纳米颗粒的自组装生长 syringe (2009) synthesis Thermometer 一课题组简介 Size-selective Glove box (O 2, H 2 O <1ppm) drop Self-assembly

5 何为刘郝亮, 吴琼 Focusing lens 磁光克尔显微镜的搭建 Magnetic sample Objective Beam splitter (2009) Optical fiber Light source Glan-Thomson polarizer Rochon analyzer CCDcamera Oe 70Oe 77Oe M/Ms time(sec.) 20um 70Oe 20um 77Oe

6 高磁灵敏微区磁动力学过程探测系统研制 Temporal resolution: Time delay: 10 fs=3*10 8 X10-14 =3*10-6 m

7 二主要工作进展准一维 Fe,Co 纳米链的磁各向异性的调控 ( 何为孙达力杜海峰房亚鹏成昭华 ) 锰氧化物单晶的异常大的各向异性磁电阻 ( 合作 PNAS) ( 李润伟成昭华沈保根 ) 钙钛矿锰氧化物的时间分辨电子相分离 ( 合作 PRL) ( 沈健张向群成昭华 ) 脉冲电压对多铁材料磁化强度的调控 ( 孙阳, 李长辉, 张向群, 成昭华 )

8 李润伟成昭华沈保根

9 沈健张向群成昭华

10 准一维磁性纳米链单轴磁各向异性的人工调控磁各向异性的重要性 1. 低维体系中长程磁有序的来源 ( 磁性量子理论 ) 2. 磁性材料的主要参数高矫顽力高频特性超高密度磁记录三研究工作选介

Petabyte and Areal Density Growth (2006 = 1) 25 20 15 10 5 硬盘存储器工业的主要推动力五年内的世界总信息存储需求量将在现有基础上骤增 20 倍总存储量增长幅度存储密度年增长率 70% 存储密度年增长率 40% 0

11 Petabyte and Areal Density Growth (2006 = 1) 硬盘存储器工业的主要推动力五年内的世界总信息存储需求量将在现有基础上骤增 20 倍总存储量增长幅度存储密度年增长率 70% 存储密度年增长率 40% Average Petabyte Growth Year on Year From 1995 to 2005 was > 85%, Seagate Analyst & Investor Meeting June 2006

12 磁存储介质发展趋势 E. A. Dobisz, et al., Proc. IEEE 96,(2008), 1836 分立存储介质 H 传统存储介质 Ferro Non-mag

13 磁存储分立介质设计的三个相互制约的困难 SNR~log 10 (N) 高密度 ( 尺寸小 V ) 热稳定性 ( 高各向异性 K u ) 可写入性 ( 低矫顽力 H 0 ) EB KuV 1 3/ 2 Hd 0 H H 2 K M N M u 0 eff S S K u V = k B T Spin-ice ice? H 0 < 磁头写入场

14 准一维磁性纳米链单轴磁各向异性的人工调控 Pb / Si(111) 0.1 度斜切衬底修饰对磁各向异性的调控 Pb / Si(111) 4 度斜切 L L T 0.84ML Fe islands on Pb ( 18ML ) / Si (200nm 200nm) 1.27ML Fe wires on Pb ( 18ML ) / Si (300nm 300nm)

15 准一维 Fe 磁性纳米链单轴磁各向异性的人工调控 SMOKE 信号垂直于膜面 3.1 ML 115K SMOKE 信号平行于线 3.1 ML 115K SMOKE 信号与线成 60 度角 3.1 ML 300K SMOKE 信号与线成 90 度角 3.1 ML 300K SMOKE 信号垂直于线 3.1 ML 115K Shape anisotropy

16 . cos2 4 ) cos( cos 2 4 ) cos( 2 2 S u H S u eff H M K H M K M H 利用电子自旋共振确定磁各向异性 g=2.03, 2K u /M S =150 Oe, and 4πM eff =3.51 koe, K u = erg/cm 3 准一维 Fe 磁性纳米链单轴磁各向异性的人工调控

17 磁晶各向异性的贡献 Fe/FeSi 2 /Si(111

准一维 Co 磁性纳米链单轴磁各向异性的人工调控 Percentage 2.25 ML 2.

75 ML Co 3.0 ML Co 3.25 ML Co 3.5 ML 0.35 0.

75 ML 3.0 ML Height ( nm ) 0.00 0.05 0.10 0.

60 1.8 0.60 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 Percentage 0.

4 Co nanochains Co 3.0 ML 0.15 Co 2.75 ML 0.

18 准一维 Co 磁性纳米链单轴磁各向异性的人工调控 Percentage 2.25 ML 2.5 ML Diameter ( nm ) Co nanochains Co 3.0 ML 0.10 Co 2.75 ML Co 2.5 ML 0.05 Co 2.25 ML Diameter ( nm ) Co nanodots Co 2.75 ML Co 3.0 ML Co 3.25 ML Co 3.5 ML Percentage 2.75 ML 3.0 ML 2.75 ML 3.0 ML Height ( nm ) Percentage Co nanochains Co 3.0 ML 0.15 Co 2.75 ML Co 2.5 ML CO 2.25 ML Height ( nm ) Co nanodots Co 2.75 ML Co 3.0 ML Co 3.25 ML Co 3.5 ML Percentage 3.25 ML 3.5 ML

19 Magnetic domain structure of Co nanochains 1000nm 1000nm Bloch domain wall L dw 2A K u A= J/m L dw m K u = J/m 3 Neel domain wall

20 准一维 Co 磁性纳米链单轴磁各向异性的人工调控 2.5 ML 2.75 ML 3.0 ML Co nanochain Kerr intensity (arb.unit) 124 K 162 K 185 K 242 K Kerr intensity (arb. unit) 124 K 178 K 237 K 300 K Kerr intensity ( arb. unit) 124 K 178 K 237 K 300 K Magnetic field (Oe) M agnetic field (O e) Magnetic field ( Oe ) 3.0 ML 3.25 ML 3.5 ML Co nanodots Kerr intensity ( arb. unit ) 124 K 148 K 175 K 210 K Kerr intensity ( arb. unit ) 124 K 169 K 218 K 250 K Kerr intensity ( arb. unit ) 124 K 182 K 240 K 300 K Magnetic field ( Oe ) Magnetic field ( Oe ) M agnetic field ( Oe )

21 准一维 Co 磁性纳米链单轴磁各向异性的人工调控 Co nanochain Co nanodots Co 3 ML Co 2.75 ML Co 2.5 ML Co 3.5 ML Co 3.25 ML Co 3.0 ML M r /M s 0.6 M r /M s = 0.41 = 0.36 =0.58 = Tc=242 K Tc=315 K 0.0 Tc=210 K Tc=250 K Temperature ( K ) Temperature (K) Two Questions 1. Enhancement of T C? 2. Magnetic Anisotropy?

22 Effect of dot-dot interaction on magnetic properties Monte Carlo Simulation

23 Effect of dot-dot interaction on magnetic properties Nanodots with random distribution Dot-dot interaction

24 Effect of dot-dot interaction on magnetic properties

磁性纳米结构人工设计和可控生长 ; 下一步研究计划 Smaller, Faster, Stronger MBE 自组装浮区熔炼低维受限系统的磁性自旋超快自旋动力学 SMOKE

units) 1.014 1.014 3.8 ML Polar 1.012 1.012 3.8 ML Longitudinal 1.010 1.010 1.008 1.008 1.006 1.

000-400 -300-200 -100 0 100 200 300 400 Magnetic Field (Oe) SMOKE Signals (arb.units) 1.

26 磁性纳米结构人工设计和可控生长 ; 下一步研究计划 Smaller, Faster, Stronger MBE 自组装浮区熔炼低维受限系统的磁性自旋超快自旋动力学 SMOKE Signals (arb.units) ML Polar ML Longitudinal Magnetic Field (Oe) SMOKE signals (arb.units) ML Polar ML Longitudinal Magnetic Field (Oe) SMOKE Signals (arb.units) ML Polar 1.7 ML Longitudinal Magnetic Field (Oe)

27 致自课题组 2001 年成立以来, 得到科技部, 基金委, 科学院和物理所的资助和支持, 先后有 45 人为课题组的建设和发展做出了贡献, 在此一并感谢! 科技部基金委科学院物理所谢

Magnetic Properties and Microstructure of Sm-Fe-Ga-C nanocomposites

Magnetic Properties and Microstructure of Sm-Fe-Ga-C nanocomposites 中科院物理所课题总结与开题报告磁性纳米结构与磁共振成昭华, 孙阳, 张向群中国科学院物理研究所磁学国家重点实验室 1. 科学意义 2. 2005-2007 工作总结 3. 实验条件 4. 研究队伍和承担项目 5. 拟研究内容以及预期成果一科学意义超高密度磁存储与超顺磁极限宏观量子效应和量子隧穿交换作用 ΔE 各向异性维度与磁性的关系维度与电子态的关系 Magnetization