研究方向和主要成就

(一)磁性纳米结构的可控生长与磁性调控

(1)利用分子束外延手段,通过自组装的方法,在Si(111)-7×7表面上生长得到了尺寸分布均匀的有序的Mn量子点。这种量子点对纳米催化,微电子器件有大的应用前景。

(2)利用原位扫描隧道显微镜初步研究了磁性金属/半导体界面结构和原子排布与生长工艺。

(3)成功合成同时具有铁磁性和半导体特性的MnSi超薄膜材料。为将来在自旋电子器件的应用提供一类新方法。

(二)新型稀土铁基纳米晶永磁材料的磁性

(1)通过核磁共振、穆斯堡尔谱和磁性测量分析,系统研究了低钕含量Fe3B基纳米永磁材料的相成分与磁性的关系,从实验上证明了低钕快淬钕铁硼合金的永磁性的来源,阐明了Fe基纳米复合永磁材料不同于以往任何一类单相稀土永磁材料的磁硬化机理。

(2)成功合成了高温结构稳定、高居里温度、强单轴各向异性的高碳2:17型结构Sm-Fe-M-C(M=Ga,Al,Si)Al、Si)间隙稀土铁化合物,克服了利用氮作为间隙原子不稳定的缺点.系统研究了镓等元素替代引起的稀土-铁基化合物磁性反常现象的物理本质,着重研究了它们的晶体结构、磁结构、交换相互作用及晶场效应等基本问题。发现用适量的镓, 铝等元素替代铁,不仅可提高稀土-铁碳化物的磁晶各向异性,而且有助于稳定高碳2:17型稀土-铁碳化物的晶体结构。

(3) 在系统研究了稀土-铁基碳化物的晶体结构、磁结构、交换相互作用及晶场效应等基本问题的基础上,我们利用自己合成的高性能、高温稳定的Sm2(Fe, M)17Cy 化合物作为硬磁相,利用快淬工艺,通过控制快淬速率,不需退火的条件下首次在国际上合成出Sm2(Fe, Ga)17Cy/a-Fe纳米复合永磁材料。发现难熔金属Zr或Cu的加入可明显抑制软磁相和硬磁相的长大,有利于晶粒间的交换耦合,从而提高永磁性能。例如,近1at.%的Zr或Cu的加入,可使最大磁能积提高30%-40%。

(三)低温强磁场穆斯堡尔谱学研究

(1)为深入研究在外加磁场下微观磁性与宏观磁性的内在联系,在国内开创低温强磁场穆斯堡尔谱学研究;我们建设成功国内目前唯一、国际上为数不多的低温强磁场穆斯堡尔谱仪。该谱仪备可同时测量gamma射线与外磁场平行和垂直方向的穆斯堡尔谱,研究磁性材料的各向异性,克服目前国际上其他实验室仅能测量一个方向穆斯堡尔谱的缺点,为我国参为我国参与国际学科前沿的竞争和国家重大项目的完成提供坚实的基础和强有力手段。

(2) 利用强磁场穆斯堡尔谱研究新型稀土磁制冷材料磁相变和磁熵变. 磁制冷工艺是一种环境友好。高效节能的制冷技术,为使磁制冷效率提高,要求磁制冷材料具有大的磁熵变和低的驱动磁场。我们在Fe基1:13型化合物中,在很宽的温区(100K--室温)发现了巨大磁熵变,在5T磁场下的室温磁熵变值为20.0 J/kg K,是稀土金属钆磁熵变的2倍以上,这类材料有可能成为一种价格低廉的磁制冷材料。利用低温强磁场穆斯堡尔谱研究了LaFe13-xSix巨大磁熵变材料的磁场诱导磁相变与磁熵变的内在联系。

(3) 利用穆斯堡尔谱确定Mn 基CMR材料的Jahn-Teller 畸变能。以微量57Fe取代Mn作为微观探针,在国际上首次利用穆斯堡尔效应研究了MnO6八面体局域晶格畸变,克服了由于晶格畸变过小,难于利用x-射线和中子衍射难于探测的缺点。进而研究Jahn-Teller效应,估算了Jahn-Teller耦合能,以及Jahn-Teller效应对巨磁电阻的影响。

 

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