复合新型磁性纳米线和纳米管的制备及其磁电特性研究

The aim of this project is to prepare new magnetic nanowires and nanotubes of single element, alloys and heterostructures by electrochemical deposition, atomic layer deposition, sol-gel methods, sputtering and so on. Micromagnetic simulations, magneto-dynamic analyses, and first principle investigations will be carried out on the principles of magnetic interaction between the components in the magnetic nanowire/nanotube arrays, micromagnetic structures, magnetic properties, ferromagnetic resonance (FMR), microwave absorption properties, magnetization reversal and magnetic properties related to spin-orbital coupling in the ferromagnetic, ferrimagnetic or antiferromangetic nanowires and nanotubes. Also, studies on the possibly existed quantum well states and quantum well states related to quantum oscillation effects in the single magnetic nanowire or nanotube, Giant MagnetoResistance (GMR) effects, magnetic field or spin polarized current induced magnetic domain wall motion, spin wave emission excited by fast domain wall motion will be done. All these problems are the frontiers of physics today. Through the artificial synthesis and optimization of new hybrid magnetic nanowires and nanotubes with the great application value, two or three high density magnetic media or magnetic sensitive materials will be developed. Finally, it will promote the development of advanced functional magnetic nanowires and nanotubes with Chinese intellectual property rights. Prospective quasi one dimensional magnetic materials, physics and devices will be explored.

该项目拟采用电化学沉积、原子层沉积、溶胶-凝胶、磁控溅射等制备技术，研制新型的单质或合金及其异质结构的磁性纳米线和纳米管。首先探讨磁性纳米线或管阵列中的单元间磁相互作用规律、铁磁或亚铁磁及反铁磁纳米线和管的微磁结构及磁性质、铁磁共振(FMR)和微波吸收特性、磁化状态和磁翻转特性以及与自旋轨道耦合相关的磁性质等；其次探讨单根磁性纳米线或管中可能存在的各种量子阱态及与量子阱态相关的量子振荡效应、与自旋相关的GMR 磁电阻效应、磁场或自旋极化电流驱动下的磁畴移动、快速的磁畴移动产生的自旋波激发等重要的国际前沿物理问题；然后通过人工合成和优化有重要应用价值的新型复合磁性纳米线和管材料，进一步发展和筛选出两三种新型的高密度磁存储介质材料或者磁敏感材料，探索和解决有前瞻性的准一维磁性材料、物理和器件原理问题。

一维磁性纳米材料相比其块体材料具有许多新奇的物理效应和特殊性能而广泛应用于高密度磁记录介质、传感器、微波装置、生物医药等领域。在该项目基金的资助下，按照研究计划，项目组首先利用电化学沉积方法成功的合成了几种高质量的CoPt、Fe3Pt、CoNiGa、NiZn等合金纳米线/纳米管，探讨了磁性纳米线或管阵列的微磁结构、磁化状态和磁翻转特性、单元间磁相互作用规律、及其在高密度磁记录介质方面的潜在应用等基本物理问题。最后，通过结合电化学沉积和溶胶凝胶方法合成了一系列有重要应用价值的新型核壳复合结构磁性纳米线和磁性纳米管材料(如BiFeO3/Ni、BiFeO3/Ni80Fe20、BiFeO3/Co90Pt10、BiFeO3/Co等)，进一步发展了一类新型铁电/铁磁复合的高密度磁存储介质材料或者磁敏感功能材料。通过该项目的实施，对上述单相和复合磁性纳米线和纳米管的制备和多方面物性有了定量的分析和理解，为今后发展基于上述磁性纳米线和纳米管的新型磁电子器件提供了材料和物理基础。2014-2017年期间，项目组发表了致谢该项目基金号、且包含相关重点研究内容的SCI期刊论文16篇；获得中国发明专利授权1项；有国际会议特邀报告17人次，国内邀请报告25人次；培养博士毕业生9名、培养外籍博士毕业生4名。项目组按预定计划圆满的完成了该项目计划研究内容和预期研究目标。