磁性材料,双交换作用.docx

为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划磁性材料,双交换作用　　．Fe3O4的晶体结构　　根据已有的研究结果，Fe3O4晶体是立方的反尖晶石结构，一个完整的Fe3O4晶胞由8个小立方体构成，如图3所示[9]：　　图3Fe3O4的晶体结构　　其中O2-位于体对角线中点和顶点的中心，构成立方密堆积结构，其中1/2的Fe3+填充正四面体空隙，Fe2+和另外1/2的Fe3+填充正八面体空隙　　室温下，Fe3O4是一种不良的导体，电导率为2×104Ω-1m-1,比最小的金属电导率还小一个量级其导电机制主要是B位Fe2+和Fe3+之间的电子跳跃传导[10]Fe3O4在120K附近会发生B位Fe2+和Fe3+电荷无序到有序的转变，导致B位Fe2+和Fe3+之间的电子跳跃被冻结，使电阻率提高2个数量级[11]　　Fe3O4具有亚铁磁性，A位的Fe3+磁矩和B位的Fe3+磁矩取向相反，相互抵消，只剩下B位的Fe2+的磁矩，所以Fe3O4每个晶胞的磁矩为μB其居里温度为858K[11]　　2.Fe3O4薄膜　　由于Fe3O4在磁学和自旋电子学等方面的应用，科学家们对于制备Fe3O4薄膜产生了浓厚的兴趣，大量的研究工作随之展开。

利用溅射、脉冲激光沉积法和分子束外延等方法，在Si、α-Al2O3、MgO、SrTiO3等衬底上都制备出不同厚度的多晶或单晶薄膜对各种方法生长出的Fe3O4薄膜的测试表明，Fe3O4薄膜和单晶块材的物理性质有很大差别[10]在测量MgO衬底上生长的超薄的Fe3O4外延薄膜时，发现薄膜在磁场中难以饱和磁化，呈现出超顺磁性，有人认为这与薄膜中存在的反相边界有关，并且这种反相边界的存在对Fe3O4薄膜的磁电阻也有影响[12]　　另外有文献报告在120K附近和2T的外磁场下，Fe3O4薄膜的磁电阻可达－%[13]新奥尔良大学的王文东等人在室温和14T的外磁场下测试PS包覆的Fe3O4颗粒，发现其磁电阻可达－%，并得室温下Fe3O4的54%[14]，这是目到前为止发现的Fe3O4材料的最大的磁电阻　　最近，本实验室利用激光分子束外延制备出Fe3O4-SiO2-Si的薄膜结构，发现这种结构能够放大Fe3O4薄膜本身的磁电阻[15]，我们对此结构进一步研究，希望通过PS包覆提高其磁电阻　　类别：Physics|评论(0)|浏览(161)reportXX-04-1013:331.磁电阻效应　　磁电阻效应是指由于外加磁场而导致材料电阻的变化[1]。

其定量表示为磁电阻率，通常定义：　　式中，ρ(H),和ρ(0)分别为有磁场和无磁场情况下材料的电阻率　　人们早已发现，几乎所有的金属、合金及半导体中都或大或小地存在磁电阻效应，只是通常的磁电阻很小，仅有百分之几的量级，并取决于外磁场和外电场的相对取向,然而只有大的磁电阻效应才能在实际生活中得到应用　　2.巨磁电阻效应　　1986年，德国Julich研究中心的等人发现Fe/Cr/Fe多层膜系通过中间的非磁性层的媒介，在相邻两个铁磁层之间发生了交换耦合作用[2]两年后，法国南巴黎大学教授领导的研究小组在[Fe(3nm)/Cr()]n超晶格体系的电阻测量中发现，在温度和磁场强度分别为和2T时，电阻下降了一半，即使在室温下也下降了17%[3]，这是一种巨大的磁电阻增强效应，被定义为巨磁电阻效应教授和教授因分别独立发现巨磁阻效应而共同获得XX年诺贝尔物理学奖　　早在1975年，Julliere就研究了磁隧道结自旋隧穿过程，指出其中的磁电阻效应来自两个铁磁层中自旋向上电子和自旋向下电子态密度的不对称性[4]XX年，David等人以MgO为势垒制备的CoFeB/MgO/CoFeB隧道结室温时TMR达230%[5]。

XX年，Freescale公司推出了基于隧道结的磁随机存储器，MRAM拥有SRAM的高速读取写入能力，以及DRAM的高集成度　　巨磁阻效应被用于开发研制硬磁盘中的体积小而灵敏的数据读出头，使得存储单字节数据所需的磁性材料尺寸大为减少，教授和教授所发现的巨磁阻效应造就了计算机硬盘存储密度提高50倍的奇迹　　3．微观机制　　大部分磁性材料磁电阻效应的产生是由于电子输运过程中的与自旋相关的极化和散射引起的普通金属中电子的自旋是简并的,费米面附近电子的态密度对于自旋向上和向下是完全一样的，因而输运过程中电子流是自旋非极化的，但在铁磁金属中则不同铁磁金属中的费米能级穿过s能带和d能带，其中s能带是宽能带，费米面处的能态密度小，d能带是窄能带，费米面处的能态密度大，即通常铁磁金属中包含的s电子的数目远低于d电子数，因此输运过程中电子流是自旋极化的如图1所示：　　图1半金属中电子态密度的示意图　　铁磁金属或合金的输运过程可以用两自旋电流模型[6]来描述，即认为电子流输运有两个并联的通道，自旋向上的自旋向下的电子分别在各自的通道中流动，如下图2：　　图2两自旋电流模型　　这样，总电子流等于自旋向上和自旋向下的电子流之和，总电阻等于自旋向上和自旋向下通道的并联电阻。

低温下，每一自旋通道的电阻主要来源于杂质散射和界面散射　　对于半金属铁磁体，只有惟一的自旋向下或自旋向上的电子在输运通道中传输，我们定义自旋极化率：　　式中N↑和N↓分别为费米面附近自旋方向平行和反平行于磁化方向的电子的态密度，可知半金属铁磁体有100%的自旋极化率理论和实践均表明，自旋极化率越高的材料越可能产生巨大的磁电阻效应，因而高自旋极化率材料的磁电阻效应成了人们研究的热点　　4．Fe3O4的磁电阻特性　　Fe3O4由于其理论预言的接近100%的电子自旋极化率，高的居里温度，较高的饱和磁化强度，低的室温电阻率，在磁电阻效应上有很大的应用前景　　[7]但有一个很大的问题就是Fe3O4表面容易被氧化而导致其表面失去化学计量比[8]研究认为这些氧化后富含的Fe3+会使Fe3O4的表面失去半金属性，使人们不能观测到Fe3O4高的磁电阻效应和自旋极化率，从而严重制约了Fe3O4在磁输运方面的应用为了观测到Fe3O4真实的自旋极化率并获得高的磁电阻效应，必须保持Fe3O4的表面状态，阻止表面富余Fe3+氧化物的生成　　Fe3O4与有机物有非常好的亲和性，因此国内外很多研究人员利用有机包覆Fe3O4的方法来获取其更好的性能。

并且我们相信与含氧的有机塑料相比，不含氧的塑料能够更好地保持Fe3O4的表面状态故我们计划利用PS包覆Fe3O4薄膜，以阻止其表面氧化进而研究PS包覆对Fe3O4薄膜磁电阻效应的影响，提高Fe3O4薄膜磁电阻效应　　类别：Physics|评论(0)|浏览(117)最近没有常来XX-03-0709:42??　　类别：默认分类|评论(0)|浏览(44)固体结构与物性关系XX-01-1313:54一电子填充规则：１．泡利不相容原理；２．能量最低原理；３．洪物规则；４．半满全满规则　　Cr(24)Cu(29)　　二　　性质　　金属键　　离子键　　共价键　　Ａ和Ｂ的电负性　　Ａ电正性　　Ｂ电正性　　Ａ电正性　　Ｂ电负性　　Ａ电负性　　Ｂ电负性　　结合力性质　　自由电子和金属离子间吸引　　和间静电吸引　　成键电子将Ａ、Ｂ　　结合在一起　　结合的几何形式　　金属原子密堆积　　Ａ－Ｂ间最大地接近；　　Ａ－Ａ间、Ｂ－Ｂ间远离　　由价电子数控制　　键强度性质　　６个价电子最高，大于６　　和小于６都逐渐减小　　由离子大小和电价决定　　由净成键电子数决定　　电学性质　　导体　　固态为绝缘体，熔态为导体　　固态和熔态均为绝缘体和半导体　　三石墨晶体内部化学键的组成：混合价型晶体；其层中Ｃ原子采用sp杂化轨道，彼此之间以键连续成为六角形的蜂巢结构，此外，余下一个ｐ轨道和ｐ电子，这些ｐ轨道与层平　　面垂直，互相平行，排列形成超大的键，有类似于金属键的性质，电子可以在石墨内键为共价键，键长，层间距离为，相距较远，以范氏吸引力结合，层内超大键三种键型的结合　　四价键理论要点：１．两个原子有几对自旋相反的未成对电子就可以形成几个共键键――原子化合价；２．一个未成对电子成键后就不能再与第三个电子配对――共价键的饱和性；３．电子云最大程度地重叠――共价键的方向性　　五若干个能量相近的原子轨道可以混杂成同样数目的能量完全相同的新的原子轨道，这种轨道称为杂化轨道；形成杂化轨道的过程称为原子轨道杂化　　为什么要杂化？增强原子的成键能力，降低体系的能量　　遵循原则：能量相近原则、对称性匹配原则、最大重叠原则　　六s-p杂化的几种类型：sp杂化――杂化轨道间的夹角为180°，空间构型为直线型；sp杂化――杂化轨道间的夹角为120°，空间构型为平面三角型；sp杂化――正四面体　　成键能力：，其中是s轨道成份，是p轨道成份，例如：杂化中s轨道成份是，p轨道成份是　　八扬－泰勒畸变：电子在简并轨道的不对称占据会导致分子的几何构型发生畸变，从而降低分子的对称性和轨道的简并度使体系能量进一步降低　　十二金属原子半径变化规律：　　１．同一族中，原子半径随原子序数的增加而增加　　２．同一周期中，原子半径随原子序数的增加而下降　　３．同一长周期中，过渡元素的原子半径开始时稳定下降，以后稍有增大但变化幅度不大４．镧系元素在原子序数递增时，核电荷增加，核外电子数增加　　十三金属离子半径变化规律：　　１．离子半径越大，离子极化率愈大　　２．负离子的极化率一般比正离子大很多　　３．正离子的价态越高极化率愈小　　４．负离子的价态越高极化率愈大　　５．含有电子的极化率较大，且随的正离子ｘ增加而增加　　十四鲍林第二规则：在一个稳定的离子晶体结构中，每一个负离子的价态数等于或近似等于从邻近的正离子至该负离子的静电键强度之和　　静电键强度：，其中Ｚ为正电荷数，为配位数　　负离子价态数：　　；；　　十五特点：１．基本结构单元：八面体，共顶点连接而成，形成的几何体中间有个大的空位，放钙原子；２．Ａ：一般为＋２价，也可以是价态混合，Ｂ：＋４价，也可以是混合价态；３．Ｏ不是整化，即一般是，可以通过Ａ位掺杂或Ｂ位变价　　Ａ位化学键特点：Ａ－Ｏ，Ａ的配位数是１２，呈现完全离子性　　Ｂ位化学键特点：Ｂ－Ｏ，Ｂ的配位数是６，键型既有离子型，也有共价型　　十六容限因子：为了解释钙钛矿的结构畸变和键长失配，定义为其容限因子十七双交换相互作用：以氧原子作为中间媒介，两个不同价态的过渡族离子间的交换相互作用　　第三章磁性材料　　物质磁性的研究是近代物理学的重要领域之一。

磁性现象的范围很广泛从微观粒子到宏观物体，以至于宇宙天体，都具有某种程度的磁性　　磁性现象很早就被发现，我国人民在3000多年前就发现了磁石能相互吸引及磁石吸引铁的现象我国古代的四大发明之一指南针即是例证　　随着近代科学技术的发展，由于金属和合金磁性材料的电阻率低，损耗大，已不能满足应用的需要，尤其在高频范围　　磁性无机材料科学技术除了有高电阻、低损耗的优点以外，还具备各种不同的磁学性能，因此他们在无线电电子学、自动控制、电子计算机、信息存储，激光调制等方面，都有广泛的应用　　磁性无机材料一般是含铁及其他元素的复杂氧化物，通常称为铁氧体,它的电阻率为10—106Ω·m，属于半导体范围目前，铁氧体已发展成为一门独立科学　　第一节磁性的广泛　　物质的磁性来源于原子的磁性　　原子的磁性包括三个部分：电子的自旋磁矩、电子的轨道磁矩和原子核的磁矩　　原子核的磁矩一般比电子的磁矩小的多，可以忽略不计所以原子的总磁矩是电。