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一维磁性纳米线阵列由于具有独特的结构和磁性,如大的磁各向异性,高矫顽力,高矩形比等特性有望成为高密度垂直磁记录介质而备受亲睐。而阳极氧化铝(AAO)模板由于具有均匀且相互平行的纳米孔洞而得到广泛应用。本文采用二次阳极氧化法制备具有均匀纳米孔洞的AAO模板,分别利用直流和交流电沉积技术在AAO模板中成功沉积了Fe／Ni和Fe／Co系列二元金属复合纳米线阵列。利用原子力显微镜(AFM)对AAO模板的表面形貌进行表征,利用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)观察纳米线的形貌特征,利用X射线衍射仪(XRD)测试纳米线的晶体结构,最后利用超导量子干涉磁强计(SQUID)对纳米线的磁特性进行研究。本文的研究结果如下:
1.分别在草酸和磷酸电解液中制备了AAO模板。在草酸电解液中制备的AAO模板孔洞相互平行且内壁光滑,孔径约为70 nm；而在磷酸电解液中制备的AAO模板孔洞直径较大,约为150 nm,均匀性较差,孔洞内壁有严重的分叉现象。于是我们采用在草酸电解液中利用二次阳极氧化法分别制备直流电沉积和交流电沉积所需的AAO模板。XRD结果显示AAO模板具有非晶结构。
2.利用直流电沉积的方法在AAO模板中成功制备了Fe／Ni二元金属复合纳米线阵列。通过XRD测试结果可知,所有的纳米线呈现面心立方(fcc)结构,且具有(111)择优取向。利用SQUID对纳米线的磁特性进行表征,所有纳米线的易磁化轴都沿纳米线长轴方向,纳米线的磁特性随着沉积电压的不同发生显著变化。当沉积电压为-1.0 V时,Fe／Ni纳米线具有最大矫顽力为731 Oe,矩形比为0.614。通过比较纳米线的颗粒大小与单畴临界尺寸大小,解释了矫顽力的变化情况。
3.利用交流电化学沉积方法在氧化铝模板中制备了一维Co及Fe／Co二元金属复合纳米线。SEM结果显示纳米线粗细均匀且表面光滑,直径和长度分别为50 nm和3μm。X射线衍射结果显示Co纳米线为hcp结构,具有(100)择优取向；而Fe／Co二元金属复合纳米线呈现bcc结构,具有(110)择优取向,且峰位随着纳米线中Co含量的增加向高角度偏移。室温磁性测量结果显示Fe／Co二元金属复合纳米线具有单轴各向异性,随着Co含量的增加,矫顽力基本不变。对于较高长径比(n>20)的Fe／Co二元金属复合纳米线来说,磁化反转过程可以用具有对称扇形机制的球链模型进行解释。相比Co纳米线来说Fe／Co二元金属复合纳米线具有更大的矫顽力和矩形比。用磁力显微镜观察纳米线的表面磁畴,磁畴呈现出面积不等的明暗区域。