磁场诱导铁氧体有序纳米结构与离子占位机理研究

Structures and properties of condensed matter at extreme conditions have become one focus in modern physics and materials science. Although under high magnetic field many novel and interesting phenomena in physical properties have been discovered, the mechanism behind the phenomena is not unraveled satisfactorily. In this proposal, ferrimagnetic ferrites are fabricated by a magnetic-field-inducing technique. Some basic physical phenomena correlated with ordered nano-structures and ion distribution induced by magnetic field will be systemically investigated by means of structural characterization, magnetic measurements, and the related experimental methods. The correlation among fabricating process under magnetic field, structure, magnetism and phase transition will be systematically given. The conjunction of inducing field and measuring field, spin structure and spin-orbital coupling will be investigated, and the correlation of distribution of the spin structure and the magnetic field will be obtained. In conjunction with the experimental results and relative theoretical calculation in electronic structures and phase transition, the mechanism of structural transformation, magnetic transition and ion distribution as a function of the magnetic field, will be emphatically acquired. These results will be expected to provide some basic research data that are used to not only manifest the mechanism of magnetic-field-induced transition, but also develop new application of ferrite in functional materials.

极端条件下凝聚态物质结构和性质的研究，为当今物理学和材料科学的重要研究领域，人们发现强磁场对凝聚态物性具有重要影响并呈现出许多新奇而有趣的物理现象，然而其微观机理尚不清楚。本课题将以亚铁磁结构的铁氧体为具体研究对象，旨在将磁场诱导技术引入前期样品制备过程，以结构表征和磁测量为主要手段，研究磁场诱导下材料的有序纳米结构、离子占位等一些基本物理问题，给出在外磁场下的材料制备过程与体系结构、磁性和相变的关系，研究诱导磁场、测量磁场与自旋/轨道耦合、自旋结构之间的相互影响，给出自旋结构分布特征和诱导/测量磁场的定量关系，并与自旋结构和相变的实验和理论研究相结合，重点给出结构变化、磁相变和离子占位随磁场变化的物理机制，为澄清强磁场诱导下相变过程的物理机制和开发铁氧体材料新功能提供重要的基础研究资料。

极端条件下凝聚态物质结构和性质的研究，为当今物理学和材料科学的重要研究领域，人们发现强磁场对凝聚态物性具有重要影响并呈现出许多新奇而有趣的物理现象，然而其微观机理仍需进一步研究。本课题以亚铁磁结构的铁氧体为具体研究对象，将磁场诱导技术引入样品制备过程，以结构表征和磁测量为主要手段，研究了磁场诱导下材料的有序纳米结构、离子占位等一些基本物理问题。获得了一系列重要研究结果：1）在不同强磁场下制备出了纳米晶Fe3O4，发现磁场加速了材料的合成速度，增加了均匀性和晶化程度，提高了Fe3O4的Ms、Mr、Mr/Ms和Hc，给出了磁场影响的作用机制。2）在强磁场下制备出了纳米晶MnZn、Ba铁氧体，发现制备磁场明显提高了铁氧体磁性能，并可以改变形貌、应变、交流磁化行为等，从磁场影响离子占位、晶体结构角度给出了解释。3）强磁场下制备了Co铁氧体纳米颗粒，发现了纤维结构较纳米颗粒有低的饱和磁化强度和较大的矫顽力，同时矫顽力、剩磁比、粒径随制备磁场强度的变化趋势一致，探讨了磁场影响Co铁氧体纳米结构和磁性的物理机理。4）制备了柱状Co3O4纳米材料，发现了磁场诱导铁磁和反铁磁转变的“开关”效应，给出了core-shell结构Co3O4尖晶石磁性变化机制。5）制备了具有核壳结构的CoFe2O4@YVO4:Eu3+、CoFe2O4@SiO2@Y2O3:Eu3+等磁光复合材料，发现磁场对磁光复合材料发光性能有着显著的影响，从磁化机制讨论了作用机理。6）制备了Mn1-xAlxCoGe、Mn1-xSixCoGe等系列合金，获得了结构、相变温度、临界行为、磁热性能的研究结果，给出了磁场-熵变关联关系，并从理论上进行了模拟解释。其结果为澄清强磁场诱导下相变过程的物理机制和铁氧体材料新功能的应用开发提供重要的基础研究资料。