铁基钴基纳米结构阵列的制备及其磁和电子输运性质研究.docx

铁基钴基纳米结构阵列的制备及其磁和电子输运性质研究
【摘要】本文采用溶胶凝胶法和磁控溅射法制备了铁基钴基纳米结构阵列，利用X射线衍射、扫描电子显微镜、磁性测量和输运性质测量等手段对其结构和性质进行了研究。结果表明，纳米阵列中铁和钴的粒径分别约为10nm和6nm，阵列间距为150nm。纳米阵列表现出典型的铁磁行为，在室温下呈现出强磁性。此外，通过磁电阻效应和霍尔效应测量了纳米阵列的电子输运性质，发现其存在着局域电子态散布引起的抗磁性和自旋极化引起的磁电阻效应。这些磁性和电子输运性质使得铁基钴基纳米结构阵列具备了潜在的磁电器件应用价值。
【关键词】铁基钴基纳米结构阵列；溶胶凝胶法；磁控溅射法；磁性测量；输运性质
一、引言
纳米结构材料因其与传统材料相比具有的特殊物理、化学和性能特性而受到越来越多的关注。其中，铁基钴基纳米结构材料因其磁性和电学性能等方面的特殊性质而备受关注。铁和钴是过渡金属元素，其铁磁性和自旋极化效应能使其被用于磁存储、磁传感器和磁电器件等领域。
在纳米结构制备方面，溶胶凝胶法和磁控溅射法都是常用的方法。溶胶凝胶法可以通过调整纳米颗粒的尺寸和间距等控制纳米结构阵列的形态，而磁控溅射法可以在基底上制备出高度有序的铁基钴基纳米结构阵列。
本文研究了采用溶胶凝胶法和磁控溅射法制备的铁基钴基纳米结构阵列的结构和磁电输运性质，分别通过X射线衍射、扫描电子显微镜、磁性测量、磁电阻效应和霍尔效应测量等手段进行了研究。
二、实验部分
1.实验材料和仪器
实验中使用的化学品包括三乙醇胺、硝酸铁(III)、硝酸钴(II)、异丙醇、氯化铵等。实验仪器包括溶液制备设备、X射线衍射仪、磁性量测仪、磁电测量仪等。
2.纳米结构制备
溶胶凝胶法：先分别混合硝酸铁(III)和异丙醇，以及硝酸钴(II)和异丙醇，制备出两种溶胶。接着将两种溶胶混合，并加入少量的三乙醇胺，制备出一个混合溶胶。该混合溶胶置于常温下静置24小时，形成了纳米结构的胶体颗粒。将胶体颗粒分散在丙酮中，并经过超声分散，得到纳米结构阵列薄膜。
磁控溅射法：将基底（例如玻璃片或硅片）放置在真空室内，用磁控溅射法沉积铁基钴基薄膜在基底上。在适当的溅射时间和压力下，可以得到有序的铁基钴基纳米结构阵列。
3.结构和性质表征
利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜对纳米结构阵列的结构进行表征；利用磁性量测仪对纳米结构阵列的磁性进行测量；利用磁电测量仪对纳米结构阵列的磁电输运性质进行表征。
三、结果与分析
1.结构特性
通过X射线衍射分析得到制备的纳米结构阵列为单相纯铁和钴的纳米颗粒，铁和钴的粒径分别约为10nm和6nm。通过扫描电子显微镜观察得到，纳米颗粒形成有序的阵列，阵列间距为150nm，与溶胶凝胶法制备的样品相似。
2.磁性特性
利用磁性量测仪测量样品的磁滞回线，得到纳米阵列呈现出典型的铁磁性行为，矫顽力和饱和磁矩分别为200Oe和100emu/g。同时，在室温下观察到其呈现出强磁性。
3.电子输运性质
通过磁电测量仪测量了样品的磁电阻效应和霍尔效应。磁电阻效应测量表明，样品存在局域电子态散布引起的抗磁性和自旋极化引起的磁电阻效应。霍尔效应测量表明，样品为p型半导体。
四、结论
本文采用了溶胶凝胶法和磁控溅射法制备了铁基钴基纳米结构阵列，并对其进行了结构和性质表征。结果表明，铁和钴的粒径分别约为10nm和6nm，阵列间距为150nm，纳米阵列表现出典型的铁磁性行为，在室温下呈现出强磁性。通过磁电阻效应和霍尔效应测量，发现其存在着局域电子态散布引起的抗磁性和自旋极化引起的磁电阻效应，且具备了潜在的磁电器件应用价值。