磁各向异性纳米结构的尺寸、微结构与磁转变温度内在关联机制研究

When the size of the magnetic material is close to or smaller than the size of the magnetic characteristic parameters,the small size effect of the nanostructures can affect important physical parameters，such as magnetic transition temperature. This leads to significantly different characteristics from those of the bulk material. Currently, international studies about the size effect of the physical parameters mainly focused on the nanofilms and nanoparticles, fewer studies reported the physical mechanisms about the relationship between magnetic phase transition temperature, size, morphology, microstructure, and interface of novel nanostructuressuch as nanorings, nanotubes and so on. This project intends to design and fabricate different sizes of nanorings and nanotubes, explore the intrinsic link between magnetic properties and geometry size and microstructure (cation occupy and radius), and uncover the universal characteristics for these new nanostructured systems. We will focus on magnetic anisotropy, magnetic flip, magnetic transition temperature, and so on. And we will use Monte Carlo approach with the scaling method to establish appropriate theoretical models and determine the scaling exponents. The research project has important significance to comprehend the physical mechanism of the size effect on the magnetic transition temperature of novel nanostructured magnetic materials, and enrich methods and theories of the magnetic micro and nanostructure devices.

当磁性材料的几何尺寸接近或小于相关特征物理长度时，尺寸效应会影响磁性材料的磁转变温度等重要磁物理参量，使其表现出明显区别于相应体材料的特性。目前，针对磁性参数的尺寸效应的研究对象主要是纳米薄膜和纳米颗粒，而具有各向异性的纳米结构（环形、管等）的磁转变温度等与尺寸、形貌、微结构、基片或包裹的界面等深层次相关联的物理机制研究较少。 本项目拟设计和制备不同尺寸的纳米环、管等各向异性复杂纳米结构材料，探讨这类纳米结构体系中的几何尺寸、微结构（阳离子占位、半径等）与其磁各向异性、磁翻转、磁转变温度等磁性参量之间的内在联系及普适性，探讨这类相关纳米结构的尺寸效应表达式中的标定指数，并利用蒙特卡罗模拟结合有限标度方法建立相应的理论模型。本项目的研究成果将对理解磁各向异性纳米结构材料的磁转变温度的尺寸效应的内在物理机制，丰富磁性微纳结构器件物理研究的方法和理论都具有重要的指导意义。

我们知道，当材料的几何尺寸接近其相关特征物理长度时，尺寸效应会影响材料重要物理参量，使其表现出明显区别于相应体材料的特性。目前，针对磁性纳米材料的磁性参数的尺寸效应的研究对象主要是纳米薄膜，而具有各向异性的纳米结构（环形、管等）的磁转变温度等与尺寸、形貌、微结构、基片或包裹的界面等深层次相关联的物理机制研究意义较大。. 我们制备了不同尺寸的纳米颗粒、纳米环等各向异性复杂纳米结构材料。其一，通过包裹 SiO2，克服纳米颗粒在高温测量过程中变大的现象，精确地定出铁磁和反铁磁温度的尺寸效应，定量验证了理论的预测。其二，我们合成了不同的形状a-Fe2O3纳米结构，通过920K高温磁性能来研究了来其不同形貌结构的热稳定性，证明了纳米管和纳米管的稳定性随平均壁厚的减小而减小，验证了二维有限尺度Neel温度变换规律，从而探讨了这类纳米结构体系中的几何尺寸、微结构与其磁各向异性、磁翻转、磁转变温度等磁性参量之间的内在联系，定量给出了这类相关纳米结构的尺寸效应表达式中的标定指数。. 我们目前的研究成果对理解磁各向异性纳米结构材料的磁转变温度的尺寸效应的内在物理机制，丰富磁性微纳结构器件物理研究的方法和理论都具有重要的指导意义。