稀土合金团簇的磁性及其异质复合纳米结构的交换耦合

It is considered to overcoming the uperparamagnetic effect for the nanostructure assembled with magnetic nanoparticles and clusters. The international researchers always focus on the magnetic clusters. Comparing with the bulk materials, orbital and spin magnetic moments are enhanced obviously for the alloy clusters. However, most researches were focused on the theory neither than experimental research except for some binary alloys. Based on the advantages of rich rare-earth resources in Inner Mongolia Autonomous Region, in this project, a series of rare earth alloy clusters and their hetero-nanostructures will be prepared using low energy cluster beam deposition. Controllable microstructure will be obtained and the novel magnetic properties of the alloy clusters will be studied systematically. Further, the exchange coupling will be studied at nanoscale for hetero-nanostructures assembled with rare earth alloy clusters. This project not only is of significant values in exploring frontier of rare earth alloy clusters, but also improves use efficiency of rare earth resource as well as provides a new way for introducing the new and high performance functional devices.

磁性纳米颗粒或团簇组装的纳米结构被认为是最有可能克服磁性存储器中超顺磁效应的一种手段，磁性团簇一直都是国际上的研究热点。相比于块体材料，合金团簇的轨道磁矩和自旋磁矩都有明显的增强。然而，目前的研究大多集中在理论上，实验上也只是进行了几种二元合金的探索，而且也没有形成系统的研究。本项目依托于内蒙古自治区的稀土资源优势，利用低能团簇束流淀积技术这一独特而有效的制备方法制备一系列的稀土合金团簇及其异质复合纳米结构，在获得具有可控微结构特征的基础上，系统研究稀土合金团簇的磁性异常行为，揭示出其中的物理本质。并在此基础上研究纳米尺度下稀土合金团簇组装的复合异质纳米结构的交换耦合作用。本项目不仅对稀土合金团簇的研究具有重要的探索价值，同时能够在纳米尺度下深入探索稀土合金异质复合纳米结构的异常电、磁性质，为提高稀土资源的利用效率和开发新一代高性能功能器件开辟一条新的途径。

本项目开展了稀土合金团簇的磁性及其异质复合纳米结构的交换耦合方面的研究。得了稳定、高强的合金团簇，摸索出微结构可控的条件。通过对合金团簇纳米结构的磁性进行系统的研究揭示了在纳米尺度下团簇磁性的行为与机理，获得了磁致伸缩增强和磁性交换偏置效应的有效调控；通过低能团簇束流沉积的方法结合溶胶凝胶制备方法获得了团簇组装FeGa/BTOF赝1-3结构的复合异质结构薄膜，实现了异质结构的磁电耦合效应的增强；通过团簇组装铁磁/反铁磁核壳结构与铁电薄膜形成异质结构薄膜，经过磁退火的薄膜样品的表现出磁性交换偏置效应，这样的磁性交换偏置效应导致了磁致伸缩效应和磁电效应的偏置现象的发生，尤其是能够通过磁场退火调控磁电效应的偏置方向，为弱磁场检测技术提供必要的理论指导；通过团簇组装的磁致伸缩结构引入铁电材料，通过非接触式磁场调控提供的应力库实现了原位应力对铁电光伏效应的有效调控。总之，该项目通过外场调控，揭示团簇组装的异质复合结构薄膜的磁场、电场、力场、光场间的耦合作用，此基础上研究纳米尺度下稀土合金团簇组装的复合异质纳米结构的交换耦合作用，并揭示了内在的物理本质。通过本项目的探索，在纳米尺度下深入揭示了稀土合金异质复合纳米结构的异常电、磁性质，为提高稀土资源的利用效率和开发团簇组装高性能功能器件开辟一条新的途径。