基于相分离原理制备的FM/AFM纳米颗粒系统及交换偏置效应

铁磁/反铁磁(FM/AFM)系统的交换偏置效应是设计和调控自旋电子器件的重要基础，在自旋电子器件的研制过程中起了关键作用。然而，随着材料尺寸的缩小，交换偏置效应表现出许多新现象和新效应，物理机制尚不清楚，有待于进一步探索。本项目将在前期工作基础上，第一，采用化学液相法结合高温相分离原理，制备铁氧体纳米粒子嵌入反铁磁过渡金属氧化物的复合颗粒系统，研究材料微结构（如：颗粒尺寸、界面面积和界面缺陷）与交换偏置效应的内在关系，确立交换偏置效应调控的基本规律。尝试基于铁磁/类自旋玻璃的界面自旋耦合机制，探讨交换偏置纳米尺寸效应的物理起因。第二，基于表面或电荷有序化相分离原理，制备BiFeO3、Bi2Fe4O9基的多铁性纳米陶瓷，通过材料微结构和铁电极化行为的调控，探索增强交换偏置效应的新途径，阐明其物理机理。本项目的开展，将为研制新型的自旋电子器件提供科学依据。

本项目围绕小尺寸FM/AFM纳米颗粒系统的交换偏置效应、多铁复合材料交换偏置效应的调控和磁电共存机制开展研究，取得了一些有特色的创新成果，项目申请者以第一作者和通讯作者发表SCI论文9篇，另参与发表论文10余篇，受到国内外同行的好评和多次引用，很好的完成了项目计划。.（1）本项目对NiFe2O4/NiO基铁磁/反铁磁纳米颗粒系统交换偏置效应的新现象和物理机制进行了系统研究。首先通过化学液相法结合高温相分离，制备了不同尺寸的NiFe2O4/NiO纳米粒子的复合系统；通过对不同温度、不同冷却场下交换偏置效应和锻炼效应的研究，揭示了颗粒尺寸对交换偏置效应和锻炼效应的影响规律：小尺寸纳米粒子(DNFO≤8 nm)表现出垂直和水平交换偏置并存行为，基于界面自旋耦合机制分析，提出小颗粒系统交换偏置效应起因于亚铁磁/类自旋玻璃耦合机制；随尺寸增加，交换偏置效应表现出常规的行为，起因于传统铁磁/反铁磁耦合机制。(2)采用相分离原理制备了具有TC<TN反常磁结构的CoCr2O4/Cr2O3多态性并存的FM/AFM系统，观察到磁致铁电相变附近交换偏置效应的反常行为，指出铁电极化对交换偏置效应的影响；进一步通过尺寸缩小对交换偏置行为进行了调控，提出低温自旋玻璃相是导致该系统交换偏置效应的起因。（3）对(1-x)BiFeO3-xBi0.5Na0.5TiO3（BF-BNT）基多铁性固溶体，给出了固溶体的磁相图，论证了相变为亚铁磁-顺磁相变；通过对BNT化学组分的调控，实现了磁相变温度在50K~350K范围内的调控，获得了室温单相多铁性共存和调控的新途径。