磁性纳米管阵列微波磁导率的"记忆效应"研究

Tunable microwave permeability of nanostructured magnetic materials plays a critical role in the performance of many novel microwave devices. In this proposal, we will start with the fabrication the magnetic FeCo alloy nanotubes arrays with larger remanent magnetization/saturation magnetization values (i.e. Mr/Ms) and with the isotropic magnetic properties, then investigate the memory effect of microwave permeability. By applying different external magnetic field to magnetize the nanotube arrays and subsequently reduce the applied field to zero, different remanent states can be obtained: for instance, the configuration of magnetization in the two ends and the central part of a nanotube,width of domain wall and the Mr/Ms values.The microwave permeability dispersion spectra will be recorded for each remanent state, and aim to establish the "one-one" corresponding relationship between a specific remanent state and a specific microwave permeability dispersion behavior. As long as we recover a remanent state of nanotube arrays, the "memory" of permeability can be recalled.This is a new approach to tune the microwave permeability. Since the remanent states strongly depend upon the geometrical size of nanotube(such as inner and outer diameters,length),microstructures, interactions among nanotubes,etc. Investigation on the effect of these factors on the remanent states will be helpful to deeply understand how they affect the "memory effect" of microwave permeability.The proposed research has a strong innovative feature.

可调微波磁导率对于许多新型微波磁性器件的性能至关重要。在本项目中我们将采用电化学沉积法制备具备较大（剩余磁化强度/饱和磁化强度）比值（即Mr/Ms）且为各向同性的FeCo合金磁性纳米管阵列，开展磁性纳米管阵列的微波磁导率"记忆效应"的研究。采用不同大小的磁场磁化纳米管阵列，随后去掉外加磁场以获得不同的剩余磁化状态：如纳米管两端与中部的磁矩排列方式的差别、畴壁种类与宽度、Mr/Ms的比值等。研究每种剩余磁化状态下的微波磁导率色散规律，建立特定剩余磁化状态与特定微波磁导率的对应关系，以便能通过恢复剩余磁化状态使微波磁导率恢复"记忆"，是一种新颖的微波磁导率调节方式。因剩余磁化状态与纳米管的几何尺度（如内外径大小、长度等）、微观组织、纳米管间相互作用等因素有关，所以我们将研究这些因素对剩余磁化状态的影响，从而深入理解这些因素对微波磁导率"记忆效应"的影响。本项目提出的研究内容具有很强的创新性。

本项目首次采用FORC(一级磁化翻转曲线)法研究了磁性纳米管阵列的局域磁性能，重点研究了局域磁各向异性能的分布，揭示了典型微波磁导率谱中多峰的来源。此外，我们探讨了剩余磁化状态与磁化过程不可逆的关系。采用微磁学模拟的方法探讨了磁性纳米管阵列的不同剩余磁化状态下的微波磁谱的不同，发现我们可以根据应用目的采用控制纳米管的剩余磁化状态实现对微波磁谱中磁损耗带宽的调控，而且发现纳米管阵列的剩余磁化状态是可以重复的（磁化饱和--退磁--得到剩余磁化状态），从而实现了磁导率的记忆效应。纳米管阵列的微波磁谱与纳米管阵列的几何形状（内外径之比、长度与外径之比、纳米管的间距）以及阵列中纳米管的数量有着直接的关系，我们可以通过调控这些参数来调控微波磁谱中损耗的带宽，从而智能电磁波吸收材料的开发。此外，基于这些发现，我们开发了几个已申请专利的自偏置磁性微波器件。. 我们采用阳极氧化法次制备了高性能的氧化铝模板(AAO)，在其中沉积了Fe纳米管阵列，Fe-P 非晶纳米管阵列。研究表明磁性纳米管阵列的剩余磁化状态与磁性纳米管阵列的几何形状和纳米晶的结晶状态有关。采用自主研发的选择腐蚀技术（已申请专利）制备了用于同轴线传输反射法测量微波磁导率的实验样品，首次获得了高度有序磁性一维阵列的微波磁谱，所获得的磁谱与微磁学模拟的结果吻合得很好。此外，用Mossbuer谱仪表征了一维磁性纳米结构上磁矩排列方式沿长度方向上的差异，从实验角度阐释了磁谱中多峰的来源。