Nano Lett.：具有獨特磁特性的各向異性Fe3O4/Mn3O4混合納米晶體

【引言】

具有單一組分的大尺寸或納米級磁性材料已經得到廣泛的生產，並且在現代社會中起著關鍵的作用。但技術的快速發展需要具有獨特性能的小型化磁性部件和磁性結構。近年來，含有混合磁性材料的薄膜結構在多種領域中進行了探索，譬如新磁材、數據存儲以及自旋閥結構。目前，含有兩種或多種次磁性組分的膠體核殼納米晶體正在進行研發，它們可展現出優異的特性，比如可改變的間歇溫度和矯頑磁性、正向交換偏置、鄰近效應以及磁熱誘導。

然而，現有核殼結構的膠體混合納米晶體在核殼間只能表現出各向同性的磁相互作用，同時二維混合磁性薄膜的許多磁特性在相應的核/殼納米晶體中尚未被觀察到。所以，實現具有各向異性的膠體混合磁性材料仍是一項具有挑戰性的工作。

【成果簡介】

近日，浙江大學的彭笑剛教授（通訊作者）等人使合成具有獨特性質的各向異性混合磁性納米晶體成為可能。這項工作是通過在溶液中的Mn3O4納米區在膠質Fe3O4納米稜鏡上進行位置和面的選擇性外延來合成新型的磁性材料。在190℃時，Mn3O4納米區在Fe3O4納米稜鏡的三個頂點上外延生長，形成角-稜柱混合納米晶體；而在240℃時，Mn3O4納米區在Fe3O4納米稜鏡頂面上外延生長，形成稜柱-稜柱混合納米晶體。且在這兩個溫度之間，隨著溫度的增加，稜柱-稜柱與角-稜柱混合納米晶體的比例在增大。由此方法製備的混合磁性材料具有許多優異的磁特性，在未來，為各種先進磁設備的發展提供了一種靈活且低成本的方法。相關研究成果以「Anisotropic Fe3O4/Mn3O4Hybrid Nanocrystals with Unique Magnetic Properties」為題於2017年5月12日發表在期刊Nano Letters上。

【圖文導讀】

圖1 各種物質的表徵測試結果圖

（a）具有兩個方向的Fe3O4種子的TEM圖;

（b）角-稜柱混合納米晶體的TEM圖；

（c）稜柱-稜柱混合納米晶體的TEM圖；

（d）對於具有兩個方向的Fe3O4種子及兩種混合納米晶體的電子衍射圖；

（e）單個H-O-P混合納米晶體的STEM暗場圖及相應的EDS映射圖，其中Mn為綠色，鐵為紅色；

（f）單個P-O-P混合納米晶體的STEM暗場圖及相應的EDS映射圖，其中Mn為綠色，鐵為紅色。

圖2 兩種混合納米晶體的M-T測量

（a）在不同的外加磁場下，H-O-P混合納米晶體的M-T曲線，插圖為在5kOe時放大的M-T曲線；

（b）在不同的外加磁場下，P-O-P混合納米晶體的M-T曲線，插圖為在30kOe時放大的M-T曲線。

圖3 兩種混合納米晶體的M-H測量

（a）對於H-O-P及P-O-P樣品，典型溫度為5K時的M-H曲線；

（b）對於H-O-P及P-O-P樣品，典型溫度為20K時的M-H曲線；

（c）對於H-O-P及P-O-P樣品，典型溫度為33K時的M-H曲線；

（d）對於H-O-P及P-O-P樣品，典型溫度為45K時的M-H曲線；

（e）對於H-O-P及P-O-P樣品，典型溫度為60K時的M-H曲線；

（f）對於H-O-P及P-O-P樣品，典型溫度為120K時的M-H曲線；

（g）對於H-O-P及P-O-P樣品的Hc-T（矯頑力場與溫度）曲線；

（h）對於H-O-P及P-O-P樣品的Mr-T（剩磁與溫度）曲線。

【小結】

本文報道了一種低成本製備混合納米晶體的方法，通過此方法得到的Fe3O4/Mn3O4混合納米晶體具有一些獨特的磁特性，包括在混合納米晶體中Fe3O4與Mn3O4納米區域間的補償點、在低場具有縮小的磁滯回線和在高場具有擴大的磁滯回線等，在先進磁性設備的製備方面有較大的應用價值。

文獻鏈接：Anisotropic Fe3O4/Mn3O4 Hybrid Nanocrystals with Unique Magnetic Properties（Nano Lett.，2017，DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b00727）（見下方「閱讀原文」）

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