微纳样品的动态悬臂梁测磁学研究

来源 :中国科学技术大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:logan_lxh
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磁性材料是功能材料的重要分支,利用磁性材料制成的磁性元器件在我们的日常生活中起着不可替代的作用。伴随着纳米科技的进步,微纳磁性样品也开始进入大家的视线,在高密度磁存储、磁力探测、磁传感器和生物医学等领域都有重要的应用前景。目前对微纳磁性样品的表征手段主要有磁力显微镜、洛伦兹透射电镜、磁光克尔显微镜、振动样品磁强计、输运测量和中子散射等。这些表征手段对样品的形貌和体积都有一定的要求,很难做到满足所有样品的测试需求。动态悬臂梁测磁学作为一种新型微纳磁性样品研究的手段,有以下特点:对样品的形貌没有要求(可以是微米棒、纳米线、纳米棒、纳米薄膜、纳米颗粒等);测量物理量为样品的磁矩和各向异性,反映的是样品的整体磁性;灵敏度极高,目前我们的最小极限是能探测磁矩1.7×10-15 emu的铁磁样品。本文主要分为几个模块来阐述我的工作:前两章主要介绍了动态悬臂梁测磁学的研究背景和相关知识。三四章主要介绍动态悬臂梁测磁学的装置和样品微纳加工工艺流程。五六章为实验部分,第五章介绍了利用动态悬臂梁测磁学对三种铁磁类样品的表征;第六章介绍了利用动态悬臂梁测磁学对两种磁相变类样品的表征。第七章中针对本人在动态悬臂梁测磁学方向所做的工作进行总结。与此同时,对动态悬臂梁测磁学将来一段时间的潜在发展进行了展望。附录A为本人总结的动态悬臂梁测磁学装置操作手册,附录B为COMSOL软件对悬臂梁振动频率和弹性系数的模拟操作手册,希望它们能帮助本课题组内其他人员在今后的实验工作中能够做得更好!本文的创新之处主要有三点:1.此前动态悬臂梁测磁学领域报道的工作多为一维纳米线、纳米管样品的相关研究。为了丰富该方法的样品选择,我们摸索出两套完整的微纳加工工艺,可对绝大多数形貌的微纳磁性样品进行精准有效的加工和转移,极大地丰富了动态悬臂梁测磁学的样品选择。2.常规表征手段难以获得微纳磁性样品的各向异性等参数;而对于纳米颗粒尺度的样品,常规表征手段甚至难以测到磁信号。我们充分利用动态悬臂梁测磁学高灵敏度的特性对多种纳米尺度铁磁材料的各向异形、矫顽力、饱和磁化场等特性进行研究,其中单个CoFe2O4纳米金字塔的底面边长仅为90 nm,Fe3O4纳米颗粒自组装单层膜厚度约为1 5 nm。这些工作对研究纳米尺度磁性材料甚至纳米颗粒磁性材料具有积极推动作用。3.此前对于磁相变类型的微纳样品,多停留在局部表征或者单方向表征阶段。我们利用动态悬臂梁测磁学对FeGe薄膜进行面内、面外不同方向的斯格明子以及相图的探测,和对钴基配位聚合物大分子磁体的磁相变探测。该工作有助于我们更深入理解斯格明子的产生、湮灭现象以及大分子磁体的磁化机理。
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