论文部分内容阅读
随着自旋电子器件的快速发展,磁性存储器件的存储密度得以大大提高,使得磁电子器件更加趋于微型化。伴随磁性器件尺度的减小,磁性材料的颗粒尺寸也进一步减小。当铁磁性颗粒尺寸低于临界值时,则会表现出超顺磁效应,从而使其丧失磁存储功能。交换偏置效应由于可以克服纳米级材料所带来的超顺磁现象而受到人们的广泛关注。另外,交换偏置效应本身也是一种独特的物理现象,具有非常重要的科学价值和研究意义。目前,虽然越来越多的材料展现出交换偏置效应,但其研究体系仍然存在一定的局限性,关于亚铁磁性铬氧化物中的交换偏置效应研究较为匮乏。与此同时,能够引起亚铁磁性铬氧化物具有交换偏置效应的复杂物理机制,更有待探索。基于以上问题,本论文重点围绕亚铁磁性过渡金属铬氧化物中的磁交换偏置效应展开研究。主要研究成果和创新点如下:(1)基于相偏析思路,采用化学共沉淀和高温退火处理成功地合成了具有良好界面接触且均匀分布的NiCr2O4/Cr2O3复合样品。实验表明,低温下样品表现出明显的交换偏置效应,且强烈依赖测量温度和冷却场。给定冷却场,交换偏置效应随测量温度升高而变弱,在~70K附近消失;给定测量温度,交换偏置效应随冷却场增加而大大增强,在冷却场超过10kOe后交换偏置效应逐渐趋向饱和。对实验综合分析,认为观察到的交换偏置效应源于界面处被冻结的反铁磁未补偿自旋对亚铁磁自旋的钉扎作用。同时,对锻炼效应的测试和分析证实了锻炼效应的出现源于非热和热激活两种机制。(2)利用高能球磨将小尺寸CoCr2O4颗粒和较大尺寸NiO颗粒均匀混合,直接形成CoCr2O4/NiO纳米颗粒系统。实验表明,CoCr2O4/NiO纳米颗粒系统在低温下表现出了可观测的交换偏置效应,10 K时,交换偏置场HEB和纵向磁化强度偏移量Mshift分别为872 Oe和0.074 emu/g。随温度升高,交换偏置效应逐渐变弱,并在90 K附近消失。(3)基于相偏析思路,采用化学共沉淀和高温退火处理成功地制备了具有良好界面接触且均匀分布的NiCr2O4/NiO二相复合系统。实验表明,样品在低温下表现出非常明显的交换偏置效应。10K时,HEB和Mshift分别高达11.86kOe和0.7emu/g,远高于NiCr2O4/Cr2O3样品相同条件下得到的值,且温度、冷却场以及锻炼循环次数对磁交换偏置的影响均明显不同于NiCr2O4/Cr2O3。另外,样品中存在类自旋玻璃相得到证实。基于类自旋玻璃相中被冻结自旋和可翻转自旋间的互相钉扎,对温度、冷却场以及锻炼循环次数对磁交换偏置的影响进行了分析和解释。我们将NiCr2O4/NiO中不寻常的交换偏置效应归因于两相界面处类自旋玻璃相的形成,其使得界面处自旋受挫区域的面积变大且被冻结自旋和可翻转自旋间互相钉扎现象更为强烈,从而导致明显增强的交换偏置效应。(4)对NiCr1.9Mn0.1O4单相样品的磁行为、交换偏置效应及变化规律、类自旋玻璃相存在的迹象等进行了系统地实验研究和分析。结果表明,亚铁磁单相铬氧化物也表现出类似于NiCr2O4/NiO中所看到的交换偏置效应。对A-T规律、高场弛豫、HEB和Mshift随温度和冷却场的变化规律以及锻炼效应对HEB和Mshift的影响等实验现象综合分析后,认为NiCr1.9Mn0.1O4单相样品表现出交换偏置效应,是因为Cr位Mn引入影响了原本存在于系统中的铁磁与反铁磁间的耦合,使得自旋受挫,出现了类自旋玻璃相。类自旋玻璃相的形成使NiCr1.9Mn0.1O4样品表现出类似于在NiCr2O4/NiO中所看到的交换偏置效应。