1磁性纳米材料的定义和进展磁性纳米材料的定义和进展纳米材料又称纳米结构材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围内的材料1100
m或由它们作为基本单元构成的材料是尺寸介于原子、分子与宏观物体之间的介观体系因此纳米磁性材料的特殊磁性可以说是属于纳米磁性。而纳米磁性材料和纳米磁性又分别是纳米科学技术和纳米物性的一个组成部分。颗粒的磁性理论上始于20世纪初期发展起来的磁畴理论理论与实验表明当磁性微粒处于单畴尺寸时矫顽力将呈现极大值。铁磁材料如铁、镍、钻等磁性单畴临界尺寸大约处于l0
m量级在应用上可以作为高矫顽力的永磁材料和磁记录材料。由于颗粒磁性与其尺寸有关若尺寸进一步减小颗粒将在一定的温度范围内将呈现出超顺磁性。利用微粒的超顺磁性人们在50年代开始对镍纳米微粒的低温磁性进行了研究提出了磁宏观量子隧道效应的概念并在60年代末期研制成了磁性液体。60年代非晶态磁性材料的诞生为磁性材料增添了新的一页也为80年代纳米微晶磁性材料纳米微晶软磁材料、纳米复合永磁材料的问世铺平了道路。80年代以后在理论与实验二方面开始对纳米磁性微粒的磁宏观量子隧道效应进行研究现已成为基础研究的重要课题之一。如1988年首先在FeCr多层膜中发现了巨磁电阻效应叩开了新兴的磁电子学的大门为纳米磁性材料的研究开拓了新的领域24。2磁性纳米材料的特点
量子尺寸效应材料的能级间距是和原子数N成反比的因此
f当颗粒尺度小到一定的程度颗粒内含有的原子数N有限纳米金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散纳米半导体微粒则存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能隙变宽。当这能隙间距大于材料物性的热能磁能静电能光子能等等时就导致纳米粒子特性与宏观材料物性有显著不同。例如导电的金属在超微颗粒时可以变成绝缘体磁矩的大小和颗粒中电子是奇数还是偶数有关比热亦会反常变化光谱线会产生向短波长方向的移动这就是量子尺寸效应的宏观表现。小尺寸效应当粒子尺度小到可以与光波波长磁交换长度磁畴壁宽度传导电子德布罗意波长超导态相干长度等物理特征长度相当或更小时原有晶体周期性边界条件破坏物性也就表现出新的效应如从磁有序变成磁无序磁矫顽力变化金属熔点下降等。宏观量子隧道效应微观粒子具有穿越势垒的能力称为量子隧道效应。而在马的脾脏铁蛋白纳米颗粒研究中发现宏观磁学量如磁化强度磁通量等也具有隧道效r