磁性纳米颗粒体系超自旋玻璃和时效、记忆效应的研究

与稀磁合金中的传统自旋玻璃态不同，磁性纳米颗粒体系中的超自旋玻璃态不但依赖于颗粒之间的RKKY相互作用，而且与颗粒之间磁偶极相互作用和颗粒本身的磁各向异性密不可分，表现出很多新颖的物理内涵。因此，磁性纳米颗粒体系中的超自旋玻璃行为越来越受到人们的普遍关注。本项目将分别利用真空溅射和化学合成方法制备多种磁性颗粒膜（其中金属或者绝缘体作为基质）和磁流体等磁性纳米复合材料。通过调控工艺条件，有效控制磁性颗粒尺寸及其分布和颗粒之间的距离。利用XRD、高分辨电镜和EXAFS等方法表征材料的物相和局部结构。通过测量材料的时效和记忆效应等物理现象来获得超自旋玻璃态的基本特征，并结合低温下Kelly-Henkel 曲线、输运性质测量、以及理论计算来表征磁性颗粒间相互作用、颗粒易磁化轴的分布。在此基础上分离RKKY和磁偶极相互作用对材料时效和记忆效应的贡献，从而深刻揭示超自旋玻璃态的物理本质。

本项目基本按照项目申请书中的计划执行，完成了申请书中制定的目标。共发表SCI论文19篇。磁性纳米颗粒体系中的自旋玻璃态的产生与颗粒间的各种磁相互作用以及颗粒本身的磁各向异性密切相关，表现出很多新颖的物理现象。而在多种磁性纳米复合材料体系中低温下由自旋玻璃产生的交换偏置现象与传统的铁磁/反铁磁体系中的不同，表现出非常独特的性质，因此近年来引起了人们广泛的研究兴趣。本项目着重探讨和研究了多种材料中的自旋玻璃行为及其相关的交换偏置现象，主要研究内容及获得的结果如下：1.揭示了Co-SiO2、Fe-SiO2等纳米颗粒膜的自旋玻璃行为及相应的时效、磁记忆效应的产生机制；2. 研究了K0.5FeF3纳米颗粒的自旋玻璃行为及交换偏置效应，并根据核-壳结构模型合理地解释了结果；3. 对多种自旋玻璃/铁磁双层膜体系中由传统的自旋玻璃材料产生的交换偏置效应进行了实验与理论研究；4. 系统研究了铁酸铋/铁磁薄膜体系低温下的交换偏置效应，并揭示了它与铁酸铋中自旋玻璃相之间的关联。上述主要结果应该能对理解磁性纳米复合材料的复杂的低温磁行为提供一定的参考价值。