2008自旋电子学和纳米磁性上海研讨会

2008自旋电子学和纳米磁性上海研讨会（2008 Shanghai Workshop on Spintronics and Nanomagnetism）于2008年6月17—19日在复旦大学光华楼东辅楼举行。本次会议的主题——自旋电子学和纳米磁性是当前凝聚态物理领域最重要的研究前沿之一。该领域和获2007年诺贝尔奖的工作巨磁电阻效应一脉相承，在最近10年发展迅猛，不但大大增加了人类对纳米体系磁性和电子其他特性的了解，还出现了一系列有重要潜在应用价值的新现象、新器件。     

自旋电子学

本书是关于自旋电子学的新著，内容涉及磁纳米结构的材料、制造和特性，磁纳米结构中的磁性和自旋控制，半导体中的磁光性质、磁电子学及器件。     

半导体中纯自旋流的探测

自旋电子学是利用电子的自旋而非电子的电荷作为信息载体而发展的物理和电子器件研究的分支领域.半导体中自旋流的测量在自旋电子学中起关键作用.本文从自旋流的基本性质出发,简要回顾了目前国际上探测自旋流的实验手段,以及作者最近提出的有关自旋流的光学效应和以此直接测量半导体中纯自旋流的理论.     

Cu掺杂ZnS纳米线结构和磁性质

本文采用第一性原理密度泛函理论系统地研究了Cu原子掺杂ZnS纳米线的结构、电子性质和磁性质.所有掺杂纳米线的形成能比纯纳米线的形成能低,说明掺杂过程是放热的.并且Cu原子趋于替代纳米线的表面的Zn原子.电子结构显示Cu掺杂纳米线是半金属铁磁半导体材料,在自旋电子学方面有重要应用.     

自旋轨道耦合与自旋霍尔效应?

从巨磁阻效应正式拉开自旋电子学的序幕开始,如何控制和操纵电子的自旋自由度在学术界和工业界掀起了巨大的研究浪潮,如何产生并测量自旋流也是自旋电子学面临的重大挑战.自旋轨道耦合为自旋电子学提供了利用全电学来控制自旋的物理基础,由自旋轨道耦合引起的自旋霍尔效应则为自旋电子学提供了产生较大纯自旋流的方法.本文从1879年Edwin Hall发现的那个迷人的效应谈起,同时从自旋轨道耦合的起源来认识自旋霍尔效应,进一步探讨了如何利用其逆效应来探测自旋霍尔效应及自旋流,并简单总结了与自旋霍尔效应相关的部分新效应及新应用.     

Full-Heusler合金Ru_2FeSi的结构和磁性

近年来,自旋电子学的发展已经使人们在计算机存储方面取得了很大的成果,在众多自旋电子学材料中,Heusler合金因其特有的优点已经受到越来越多研究者的关注。采用第一性原理的计算方法,应用Materials Studio 6.0中的CASTEP软件,对Full-Heusler合金Ru_2FeSi的晶体结构进行了优化,并在平衡晶格常数的基础上,计算了结构的能量和态密度,并作了具体的分析。计算结果表明,Ru_2FeSi合金的平衡晶格常数为6.862?,并且为良好的铁磁性金属材料,其磁性主要来源于Ru原子和Fe原子d电子的自旋及其在费米能级附近劈裂和相互杂化的过程。     

NiCu多层膜的电子结构及其磁性

用自旋极化的ＬＭＴＯ超元胞方法计算了ＮｉＣｕ多层膜的电子结构，通过对ＮｉＣｕ多层膜的每一层的态密度的分析，表明Ｎｉ的磁性随层数变化而明显变化。     

全赫斯勒合金Cr2FeAl的磁性和半金属性

基于赫斯勒合金近年来在自旋电子学领域表现出的优势性能,采用第一性原理计算方法对全赫斯勒合金Cr₂FeAl的电子结构、半金属性和磁性进行了理论计算。计算结果表明,Cr₂FeAl合金是一种具有Hg₂CuTi型稳定结构的全赫斯勒合金,平衡晶格常数为5.806?;Cr₂FeAl合金表现出良好的半金属特性,具有100%的自旋极化率,半金属性会受到静水压力下的形变的影响;Cr₂FeAl合金具有良好的磁性,磁性主要来源于Fe-3d和Cr-3d轨道电子的非对称的自旋贡献。进一步研究表明,随着晶格常数的变化,Fe原子和Cr原子的磁矩发生明显变化,但是由于它们之间磁矩的反向耦合作用,合金总磁矩保持不变,说明静水压力下的形变对合金磁性几乎没有影响。     

Co/AlO/FeNi三层膜的磁结构特性

利用多靶离子束溅射配合振动样品磁性分析技术对Co/AlO/FeNi纳米三层膜进行了分步制备与磁特性研究.分析结果表明,Co膜与FeNi膜的层间耦合强度及类型取决于中间隔离层(铝膜或氧化铝膜)的性能和厚度;垂直样品膜平面的电流输运机制源于电子隧穿和自旋电子流对铁磁层局域磁矩的作用.     

量子点体系中自旋过滤、自旋流产生和自旋注入

自旋电子学是一门新兴的交叉学科,其中心主题就是对固体电子系统中电子的自旋自由度进行有效地操作和控制.量子点体系中的自旋效应近期受到了理论和实验较多的关注.本文着重介绍了自旋轨道耦合效应对量子点体系输运性质的影响,探讨了怎样利用自旋轨道耦合效应来实现对自旋的有效过滤和纯自旋流产生.基于四铁磁端双量子点体系中电子的交换相互作用机制,指出了一种可以显著提高从铁磁金属到半导体量子点自旋注入效率的新方法.     

磁性Fe3O4明胶复合纳米粒子的制备与表征

用化学共沉淀法制备磁性Fe3O4纳米粒子,然后用异丙醇为凝聚剂采用单凝聚法制备磁性Fe3O4明胶复合纳米粒子。考察了明胶浓度与异丙醇的体积以及Fe3O4含量对粒径分布及性能的关系。采用透射电子显微镜和Zetasizer粒度分析仪测量磁性明胶复合纳米粒子的平均粒径,X射线衍射仪和红外光谱以及热重及差热分析进行结构和热稳定分析。结果表明磁性Fe3O4明胶复合纳米粒子中的Fe3O4纳米粒子被明胶所包覆,而且粒径很小,具有良好的热稳定性。     

磁性固相萃取-液相色谱法测定环境水样中多种碱性染料

采用化学共沉淀法制备了Fe3O4磁性纳米材料(Fe3O4MNPs),通过X射线粉末衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对其进行了结构表征,结果表明,Fe3O4MNPs呈球状,大小均匀,平均直径小于50 nm,具有良好顺磁性.使用十二烷基磺酸钠(SDS)修饰的方法,应用该磁性纳米材料成功吸附富集了环境水中多种碱性工业染料.通过分析p H、SDS质量浓度、Fe3O4MNPs和Fe3O4MNPs/SDS的Zeta电位对吸附能力的影响,推测吸附机理主要基于半胶束/胶束与碱性染料间的静电作用.以此为基础,建立了磁性固相萃取-高效液相色谱测定环境水样中的碱性嫩黄O、碱性橙21、碱性橙22和罗丹明B含量的分析方法,并对SDS加入量、溶液p H值、Fe3O4MNPs质量浓度和解析溶剂进行了优化.在优化的条件下,富集因子超过100倍,4种染料在0.05~0.5 mg/L范围内线性良好,相关系数R均大于0.999 7;加标回收实验测得4种染料的回收率为96.1%~108.7%,相对标准偏差(RSD)为1.08%~2.35%.方法操作简单,结果准确,重现性好,表明该纳米材料经SDS修饰后,在环境水中染料的吸附富集,检测预处理方面有着广泛的应用潜力.     

聚(丙烯酸-丙烯酸羟乙酯)/Fe3O4磁流体的制备及表征

用聚(丙烯酸-丙烯酸羟乙酯)[P(AA-co-HEA)]处理纳米Fe3O4粒子,制备了以配位键结合的分散稳定的磁流体。用凝胶渗透色谱(GPC)和核磁共振谱(NMR)对P(AA-co-HEA)的分子量和共聚物两组分的含量进行了表征,用透射电镜(TEM),红外光谱(FT-IR),紫外-可见光谱(UV-v is)和磁性能测量系统(M PM S)对P(AA-co-HEA)/Fe3O4复合材料进行了表征。结果表明:处理后的Fe3O4粒子粒径为10 nm左右,共聚物中丙烯酸组分通过配位键结合在Fe3O4粒子表面,悬浮液分散稳定并且具有对外磁场快速响应的特点,其复合材料还具有超顺磁性的特性。     

铁炭复合磁性载体的制备及性能测定

采用中和沉淀法对球磨法制备的Fe3O4/C初级复合磁性载体进行了表面改性,并经过固相高温还原得到了铁炭复合磁性载体。制备的载体分别用TEM、XRD、TG及TPM-7 BH仪进行了表征。考察了磁靶向药物载体的热稳定性,并对其在空气中磁性能的变化规律及其在类似人体的环境中磁性能的变化趋势进行了考察。结果表明:所制备的复合磁性载体能满足实际应用的要求。     

Simultaneous acquisition of Fe_3O_4 monocrystals:Tunable magnetic properties with various morphologies

Fe_3O_4 nanoparticles(NPs) with a face-centered cubic(fcc) structure and two different morphologies(nanospheres and nanoprisms) were synthesized by a facile one-step method.The synthesized Fe_3O_4 nanospheres and nanoprisms were monocrystalline and separable in a magnetic field.In different volume ratios of oleylamine(OAm) to dibenzyl ether,the sizes of the prepared Fe_3O_4 NPs ranged from 5 to 21 nm.The OAm amount in the synthesis can significantly control the morphology of Fe_3O_4 NPs.As the OAm content increased from 10 ml to 30 ml,the faceted nanoprisms shrank while the nanospheres enlarged.At an OAm content of 25 ml,the nanoprisms diminished while more hexagonal and sphere-like particles appeared,implying a critical point of morphology transition from triangle to hexagon.The magnetic properties also depended on the NP morphology and size.The prepared Fe_3O_4 NPs are promising candidates in medical applications such as magnetic resonance imaging,targeted drug delivery,blood purification,and tumor hyperthermia.     

Fe_3O_4与聚苯胺复合基质碳纤维手性材料电磁参数的实验研究

以碳纤维为手性掺杂体,以Fe_3O_4与聚苯胺复合物为基质,制成手性复合材料．利用微波圆波导法在8.5～11．0GHz频率范围内测量了偏转角、轴比、复反射系数,计算出手性材料的介电常数、磁导率和手性参数．对手性材料电磁参数受频率和基质中Fe_3O_4浓度的影响进行了分析．实验结果表明用复合物作基质制作手性材料提高了电损耗、磁损耗和手性参数．     

单分子层正癸酸包覆Fe_3O_4纳米粒子的研究

应用微乳液与 Fe2 + 和 Fe3 + 化学共沉淀的方法制备了正癸酸包覆的 Fe3 O4纳米粒子水基磁流体 .用光子相关光谱仪 ( PCS)、透射电镜 ( TEM)和 JDM- 3型振动样品磁强计对制得的水基磁流体进行了表征 .制备了单分子层正癸酸包覆的 Fe3 O4纳米粒子的固态样品 ,并利用 IR,TG,DTG与DSC考查了该固态样品的组成与性质 .发现用一步表面活性剂处理可以直接制得双层表面活性剂包覆的 Fe3 O4纳米粒子水基磁流体 .     

磁性Fe_3O_4/α-Fe_2O_3核壳材料降解水中亚甲基蓝

以Fe_3O_4为核,以α-Fe_2O_3为壳层,合成出一种核壳结构的Fe_3O_4/α-Fe_2O_3纳米复合材料.采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和X-射线衍射仪(XRD)等表征手段对核壳材料的形貌、组成及结构等进行了表征,并将其应用于亚甲基蓝溶液的降解.结果表明:核壳结构的Fe_3O_4/α-Fe_2O_3纳米粒子粒径约为50~80nm.当H_2O_2用量为0.23mol/L,Fe_3O_4/α-Fe_2O_3投加量为5g/L,pH值为2,亚甲基蓝溶液初始质量浓度为5.0mg/L,60min内亚甲基蓝的降解可达98.7%.Fe_3O_4/α-Fe_2O_3纳米粒子经过3次循环使用后,对亚甲基蓝仍具有较好的降解能力.     

用硫酸渣研制高频焊接铁氧体

用经过理化处理的硫酸渣代替 Fe_2O_3制备成高频焊接铁氧体,其性能达到:起始磁导率μi 为600—900,饱和磁感应强度 Bs 为0.40—0.44T,居里点 Qc≥250℃.实验发现硫酸渣氧化处理温度和 Fe_2O_3含量对磁性能的影响显著。     

有机包覆对磁性聚乳酸复合材料力学和介电性能的影响

合成了磁性纳米Fe_3O_4粒子,并通过有机包覆制备了磁性复合微球,进而分别以铁粒子和微球为填充相制备了两种磁性聚乳酸复合材料,研究比较了不同复合材料的力学性能、结晶,性能及介电性能,探讨了有机包覆对复合材料微观相态及界面特征的影响.结果发现,有机包覆可提高无机铁粒子与聚合物基体的相容性,使得复合材料的韧性大幅提高,同时有机包覆使得无机粒子与聚乳酸分子之间存在强相互作用,从而减少了界面缺陷,改善了复合材料的介电性能.