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2023-06-25
纳米磁性材料磁矩特性分析
【摘要】：体材料中金属元素Fe、Co和Ni是最通常的铁磁性金属元素，它们具有很高的原子固有磁矩。当纳米材料的尺寸接近原子级别时，原子的固有磁矩是否会改变成为研究纳米材料磁性的一个重要前提。1997年，Billas等人报道了Fe、Co、Ni三种铁磁元素原子团的磁矩。图8-11所示为Fe、Co、Ni原子团簇单个原子平均磁矩与原子团簇中原子数N的关系。Fe的测试温度为120 K；Co和Ni的测试温度为78 K；图中点为实验数据，虚线为块体的原子磁矩。
体材料中金属元素Fe、Co和Ni是最通常的铁磁性金属元素，它们具有很高的原子固有磁矩。当纳米材料的尺寸接近原子级别时，原子的固有磁矩是否会改变成为研究纳米材料磁性的一个重要前提。1997年，Billas等人报道了Fe、Co、Ni三种铁磁元素原子团的磁矩。他们利用图8-10所示的装置中的激光蒸发源发射原子团簇，利用Stern-Gerlach技术测量了原子团簇的磁矩。图8-11所示为Fe、Co、Ni原子团簇单个原子平均磁矩与原子团簇中原子数N的关系。Fe的测试温度为120 K；Co和Ni的测试温度为78 K；图中点为实验数据，虚线为块体的原子磁矩。从图中可以看到，由几百个及以上原子组成的原子团簇的磁矩类似于块体材料，而随着原子团簇的原子数（20＜原子数＜700）的减少，磁矩迅速变大。此外，他们还观察到了用传统几何晶体无法解释的磁矩振荡叠加。
图8-10 实验装置［8］
除此之外，他们还测定了原子团簇平均原子磁矩与测定温度的关系，以研究磁有序度反抗热影响的能力，结果如图8-12所示。图中点为各个不同原子数的原子团簇的测量数据，虚线为块体材料原子磁矩随温度的变化，测定温度变化范围为78～1 000 K。从图中可以看到，Fe、Co、Ni三种材料可以分为两类，Co和Ni的数据虽然有细微差别，但它们的平均原子磁矩随温度的增加而变小的大趋势相同；Fe的数据比较复杂，并不是随温度的增加而逐渐变小，到一定温度后随温度的增加会出现增大。
图8-11 原子团簇单个原子平均磁矩与原子数N的关系［8］
图8-12 原子团簇单个原子平均磁矩与测定温度的关系［8］
利用Stern-Gerlach技术，Cox［9］、de Heer［10］等对Fe、Bucher［11，12］、Douglass［13］对Co、Louderback［14］、Apsel［15］等对Ni原子团簇都进行了测定和研究。除了对Fe、Co、Ni原子团簇进行测定外，Cox对Rh［16］、Douglass等［17，18］对Gd、Al、Cr、Pd和V原子团簇也进行了测定。
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