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纳米材料因其具有的特殊性能成为当今科学研究的一大热点,磁学是一个古老而又与我们的生活密切相关的课题,磁性纳米材料出现了许多新奇的物理现象,如相变温度改变、磁性质变化、近邻效应等,这些都源于纳米材料的小尺寸效应和表面效应。 近年来,随着电子器件的微型化,反铁磁纳米材料的性能和微观机理吸引了众多的科研工作者。有关反铁磁纳米材料的研究已经有几十年的历史,早在1961年,Neel就预言当反铁磁材料减小到纳米尺寸时,将出现未抵消自旋,从而出现弱铁磁性或超顺磁性。 Co3O4作为反铁磁材料中的重要一员,其纳米结构的研究受到很多人的关注。研究表明,Co3O4纳米材料的表面层存在净磁矩,但内部自旋仍保持反铁磁有序,从而形成了一种core-shell结构。关于表面净磁矩的来源,主要有两种认识:一是由于表面效应和小尺寸的影响,出现了未抵消自旋;二是小尺寸情况下,尖晶石结构转变为反尖晶石结构,Co2+和Co3+位置的变化影响了离子磁矩。对core-shell结构中壳层属性的认识,众说纷纭,弱铁磁性、稀释反铁磁、自旋玻璃态等,但目前还没有达成共识。 本论文研究了平均直径为7nm的单晶Co3O4纳米线的磁性。纳米线的暴露面是满布Co3+的(111)面,M-T(ZFC/FC)测量显示,样品出现了56K(内部反铁磁的奈尔温度)和73K(外壳层的磁有序温度)两个转变温度,均高于块材的40K,与他人类似研究结果相比,有关联,但有较大不同。我们的分析指出,这个现象可能是由表面Co3+对称性的破坏和近邻效应引起的,与Benitez,M.J.小组的实验现象和机理分析有所所不同。ZFC/FC条件下的M-H测量结果显示,样品存在交换偏置现象和界面自旋钉扎效应,分析认为,外壳层有较大的净磁矩,磁性质不同于内部的反铁磁性,这种core-shell结构中,shell和core的界面处,自旋间的耦合作用引起了交换偏置和自旋钉扎,表现为FC下的磁滞回线较ZFC的出现沿x负方向和y正方向的位移。以往的实验中,两种现象并不总是同时出现,有人通过分析,提出两者之间可能存在一定关系,但还没有从实验中得到相关结论。我们的实验发现,交换偏置和界面钉扎自旋占总净自旋的比例间存在一正比例关系,HE(HFC)=aMpin(HFC)。该研究有助于进一步了解反铁磁纳米材料的磁特性和交换偏置的微观机制。