AFM纳米颗粒镶嵌于FM基体交换偏置效应及其机制研究

A nanogranular film consisting of antiferromagnetic (AFM) Cr nanoparticles embedded in ferromagnetic (FM) Fe matrix is prepared by using the filtered cathodic vacuum arc deposition method and metal vapor vacuum arc (MEVVA) ion implantation. The effects of preparation conditions on particle size, concentration, and distribution of AFM nanoparticle and magnetic properties such as exchange bias, coercivity and remanence of nanogranular films will be investigated. The suitable condition to get large exchange bias field for the nanogranular film is obtained. The "York Protocol" for measurement of exchange bias is applied to the nanogranular system consisting AFM nanoparticles embedded in FM matrix. And the modified "York Protocol" are used to the measurements of blocking temperatures, anisotropy constant of AFM and effects of both in the bulk of AFM and at the interface. Based on the modified "York Protocol", the exchange bias model is obtained, which is able to predict the value of exchange bias in the real system. Mechanism of exchange bias for isolated AFM nanoparticles embedded in FM matrix is obtained according to the evolution of the domains of AFM and FM under the magnetic field and the Monte Carlo study.

拟采用磁过滤真空阴极电弧离子镀以及金属真空弧（MEVVA）离子注入复合技术，制备反铁磁性(AFM)Cr纳米颗粒嵌入铁磁性(FM)Fe基体磁性纳米颗粒膜。通过研究制备工艺对磁性纳米颗粒膜中AFM颗粒大小、浓度及尺寸分布，以及交换偏置、矫顽力和剩磁等磁性性能的影响，探索最佳制备条件以获得交换偏置明显的AFM纳米颗粒嵌入FM基体磁性纳米颗粒膜材料；通过改进"York协议"磁性测量方法，使之适用于磁性纳米颗粒膜交换偏置体系；并采用改进的"York协议"磁性测量方法对磁性纳米颗粒膜交换偏置体系的反铁磁各向异性、交换偏置截止温度以及界面效应等对交换偏置影响进行研究，建立交换偏置模型来解释及准确预测体系的交换偏置。通过对磁性纳米颗粒膜交换偏置体系AFM及FM磁畴在外场下的演化以及磁学性质的研究，辅助蒙特卡罗模拟方法，从理论上深入探索AFM纳米颗粒嵌入FM基体磁性颗粒膜交换偏置效应的微观机制。

以技术成熟的磁控溅射设备为基础，制备出Fe/C多层膜结构，研究了衬底温度对薄膜的表面形貌、Fe颗粒以及磁滞特性的影响，阐明衬底温度对该体系材料制备的重要作用。同时，我们发展了双模磁力显微镜，即在普通磁力显微镜的基础上，在样品下方施加一交变磁场，其频率等于磁性探针的第二本征频率，可以提高磁力成像的信噪比。此外，我们利用微磁学模拟分析了粒径分布对纳米颗粒系统磁学特性的影响，结果表明在二维系统中，粒径分布对系统的磁滞回线具有重要的影响，粒径分布变宽将导致剩磁比以及矫顽力下降，磁化翻转也从类似一致翻转过渡为逐渐翻转，而粒径分布对三维系统的影响则不明显。利用微磁学模拟，我们也对软硬磁耦合系统进行了研究，通过纳米线和纳米颗粒混合系统的结构设计，求得能够获得最大磁能积的几何结构和参数。利用液相脉冲激光烧蚀技术，制备了稀土掺杂的氧化钆纳米颗粒，对核磁以及荧光双模态成像方面进行研究。