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陈克正团队在磁性纳米材料领域取得突破性进展
2017-12-26 11:14  

近日,青岛科技大学材料科学与工程学院陈克正团队在磁性纳米材料领域取得突破性进展。他们在传统氧化铁材料中发现并从实验上调控了一种新型磁场反磁化行为,此研究在国内外尚属首次。

众所周知,铁磁性材料与外加磁场间满足正向响应关系,即外加磁场越强,材料磁化强度就在磁场方向上越大。也就是说,铁磁性材料的磁滞回线必定会位于笛卡尔坐标系的一、三象限。陈克正教授指出,如果在铁磁性材料中引入某个亚稳的中间相x,并使之作为铁磁性基体的反相畴壁,那么该铁磁材料的磁滞回线就有可能位于笛卡尔坐标系的二、四象限,称为磁场反磁化现象。

在实验上,陈克正团队将8 nm大小的氧化铁颗粒浸入氯化铁水溶液中,使颗粒表面静电吸附大量三价铁离子形成阳离子包覆层,即x相。该表面层呈较弱的顺磁性,在励磁过程中优先沿磁场方向磁化,并与氧化铁颗粒发生反铁磁性耦合作用,从而导致铁磁性的氧化铁“内核”沿磁场反方向磁化,产生磁场反磁化行为。“磁场反磁化现象一般出现在反相畴壁足够多的体系中”,陈克正教授强调,“所以我们在3~8 nm尺寸范围内都能观察到这种奇特的现象。”

研究表明,这种新奇的磁场反磁化现象可以从两个方面进行宏观调控:一是控制氯化铁水溶液中铁离子的浓度,在加入等量氧化铁纳米颗粒的前提下,浸泡液中铁离子浓度越高,磁场反磁化现象越明显;二是控制氧化铁纳米颗粒的尺寸。随着氧化铁颗粒尺寸的减小,磁场反磁化现象先是越来越明显,而后却消失。现象消失的原因在于极小尺寸氧化铁颗粒表面磁性原子的数量剧增,当颗粒尺寸小到2 nm左右时,颗粒中几乎全部的磁性原子都处于表面位置并参与到与表面阳离子层间的反磁性耦合作用中,这就导致了体系铁磁性特征的消失。

该项研究不但可以解释地质学上某些矿物的磁化方向与地磁方向相反的现象,而且可以从实验上制备这样的矿物,并对其反磁化行为进行人为调控,为磁性材料在高密度存储领域中的应用另辟蹊径。该研究成果发表在国际刊物《Scientific Reports》上。


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