酞菁亚铁一维纳米线结构的可控制备及其磁学特性研究

Due to its good electronic, optical and magnetic properties, transition metal phthalocyanine material has huge potential for future applications in the field of spintronic devices. However, the low transition temperature of this kind of material has always been an obstacle for its applications. Therefore, it becomes crucial to investigate the path of effectively improving the magnetic properties. This project, with the knowledge of nanostructure growth mechanism, focuses on the fabrication of iron(II) phthalocyanine (FePc) nanowires via organic vapour phase deposition method. The morphologies, crystal structures as well as magnetic properties of FePc nanowires will be characterised and the relationship between the optical, electric, magnetic and crystalline properties will be established. Certain aspect ratio of FePc nanowires can be fabricated by finely controlling the growth conditions. The magnetic measurements will be carried out in order to understand the magnetic coupling, shape anisotropy and coercive field of the nanowire structure. The method for increasing the transition temperature by utilising the nanowire structure will be proposed. The work of this project will provide valuable theoretical guidance as well as useful experimental preparations, which has important scientific significance for future spintronic device applications.

过渡金属酞菁材料因其良好的电学、光学及磁学性质，在自旋电子器件的应用方面有很大潜力，然而材料较低的铁磁转变温度始终是限制其实际应用的重要因素之一。如何有效提高材料的磁学性质一直是该领域研究的热点问题。本项目在探明酞菁亚铁纳米结构生长机理的基础上，采用有机气相沉积法，通过优化生长参数实现其一维纳米线结构的可控制备。通过对纳米结构的表面形貌、晶体结构及磁学特性等进行理论分析及实验表征，建立其光、电、磁、晶体特性间的内在联系。通过精细控制制备参数，调控纳米线的宽高比，结合磁性测量结果，研究酞菁亚铁纳米结构的磁学特性机理，探明影响其形状各向异性、矫顽磁场等特性的物理本质。提出利用一维纳米线高度结晶化、极高的宽高比等结构特点改善材料转变温度的方法，为基于有机磁体材料的新型自旋电子器件设计提供有价值的理论指导和实验依据。项目研究具有重要的科学意义和潜在应用价值。

过渡金属酞菁材料因其良好的电学、光学及磁学性质，在自旋电子器件的应用方面有很大潜力，然而材料较低的铁磁转变温度始终是限制其实际应用的重要因素之一。如何有效提高材料的磁学性质一直是该领域研究的热点问题。本项目在探明酞菁亚铁纳米结构生长机理的基础上，采用有机气相沉积法，通过优化生长参数实现其一维纳米线结构的可控制备。通过对纳米结构的表面形貌、晶体结构及磁学特性等进行理论分析及实验表征，建立其光、电、磁、晶体特性间的内在联系。通过精细控制制备参数，调控纳米线的宽高比，结合磁性测量结果，研究了酞菁亚铁纳米结构的磁学特性机理，探明影响其形状各向异性、矫顽磁场等特性的物理本质。项目通过有机气相沉积法制备了一维FePc纳米线结构，同时通过从取向受控的薄膜到超长纳米线的转换，获得了超过1 T的极高矫顽场。通过改变薄膜上分子取向及长链结构的生长，获得了可以在15和29 K之间调节的磁交换常数。研究使用对所有一维铁磁链具有广泛适用性的方法分析了磁化强度的结果。研究表明xy模型可以更好的描述FePc纳米结构，其力矩优先位于分子平面上。磁链的哈密顿量与经典无机磁体CsNiF3链非常相似，但具有铁磁性而不是反铁磁性的链间相互作用。占主导的自由度的主要来自孤子的拓扑激发，即移动一维磁畴壁，并且观察到磁体在低温和磁场下具有近一维xy和海森堡铁磁体的“超居里-魏斯”定律特征，其磁化率定为1/(T2 –θ2)。对于FePc系统的分子取向和铁磁性的控制，加上其可在柔性基板上制备的性能，以及对于酞菁类似物晶体管特性的研究，这一材料体系具备潜在的可用于磁光和自旋电子器件的能力。项目提出的利用一维纳米线高度结晶化、极高的宽高比等结构特点改善材料转变温度的方法，为基于有机磁体材料的新型自旋电子器件设计提供有价值的理论指导和实验依据。