亚微米磁性空心球的电子输运性能和磁学性质的研究

实验和理论研究相结合, 本项目将对单个亚微米磁性空心球的电子输运性能和磁学性质进行全面深入的研究。采用均匀沉淀法，利用聚苯乙烯球为模板制备铁系和钴系的金属及其氧化物的磁性空心球。通过对不同直径（亚微米尺度）、壳层厚度（纳米尺度）和组分的单个磁性空心球的自旋相关电子输运性能进行大量的实验研究，揭示此类系统的电子输运性质及其与独特中空微观结构的内在物理关联；利用自旋转矩效应分析自旋与空心球中的局域磁矩的相互作用规律，并通过微磁理论的模拟和计算，逆向揭示单个磁性空心球的本征磁学性质（如三维空间的磁矩排布、磁化翻转和自旋弛豫行为等）。本项目旨在通过对此类空心磁体中的磁结构及其与自旋电流的相互作用的研究，为将来设计新型纳米自旋电子学器件，以及对其自旋的精确调控和信息的存储提供坚实的理论基础。

本项目研究工作按照研究计划全面展开，并在多方面取得了较好进展。根据研究计划，我们采用均匀沉淀法，以聚苯乙烯(PS)球为模板，通过选用不同直径的PS球,控制原材料的相对质量、反应温度，成功制备了不同直径和壳层厚度的系列空心球，如Fe3O4，α-Fe2O3等空心球。在此基础上，针对空心球的特点，分别采用微沟道电极和聚焦离子束直接镀电极两种手段实现了单个空心球的电输运测量。实验结果表明，单个空心球的电流随电压呈现非线性变化，具有类库仑阻塞效应。此奇特电输运性能可能与此类系统独特的中空结构以及纳米壳层的量子受限有关。该研究结果为此类磁性空心球在自旋电子学领域的应用奠定了一定的物理基础。到目前为止，项目按计划完成了各项研究内容。此外，我们以四氧化三铁空心球为基础，在纳米功能材料领域开展了相关的拓展工作。