專利名稱：具有反平行排列磁化強度的超順磁-鐵磁復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁性復(fù)合材料-鈉米磁性材料，具體說是一種具有反平行排列磁化強度的超順磁-鐵磁復(fù)合材料。
在通常的磁性材料里，M-HLOOP的力向是反時針轉(zhuǎn)的，而轉(zhuǎn)一周所包圍的面積，即等于該材料發(fā)的熱。根據(jù)這一原理，順時針轉(zhuǎn)一圈，將導(dǎo)致從該材料得到熱，也就是使之降溫。如果可以進(jìn)一步提高順時針一圈所包圍的面積，并且使之在交流磁場下跟著順時針方向走，這樣就有了一種新型的降溫材料，而且這種降溫材料不會對環(huán)境產(chǎn)生污染。
本發(fā)明的目的在于在鈉米材料里尋找具有新的或更好的磁性及其相關(guān)物量性能的復(fù)合材料，即提供一種具有反平行排列磁化強度的超順磁-鐵磁復(fù)合材料，使之在應(yīng)用上具有新的用途或在現(xiàn)有技術(shù)上代替現(xiàn)有材料。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種具有反平行排列磁化強度的超順磁-鐵磁復(fù)合材料，其特征在于它由超順磁體和鐵磁體復(fù)合組成，其中該超順磁體是由鈉米磁性顆粒均勻地分布在非磁性物質(zhì)里，顆粒體積必須是足夠小，使得在每個顆粒里只有一個磁疇，顆粒間充滿非磁性物質(zhì)，使得每個顆粒在特定溫度(通常在幾十k以上)下隨外加磁場的響應(yīng)隨之旋轉(zhuǎn)并且是互相獨立的，其中該鐵磁體由各個分立的幾何形狀各向異性的組元組成，它可以是一維呈針狀的、二維呈薄膜狀的。
本發(fā)明具有反平行排列磁化強度的超順磁-鐵磁復(fù)合材料，其中磁性鈉米顆粒和鐵磁體可以是鐵、鈷、鎳元素，也可以是具有鐵磁性的合金或化合物，它們可以是同一種鐵磁材料組成。
本發(fā)明的具有反平行排列磁化強度的超順磁-鐵磁復(fù)合材料，其一種結(jié)構(gòu)形式是排列起來的小鐵磁針狀物在超順磁介質(zhì)里。
本發(fā)明的具有反平行排列磁化強度的超順磁一鐵磁復(fù)合材料，其一種結(jié)構(gòu)形式是，均勻分布在非磁性物質(zhì)里的鈉米磁性顆粒，在接近percolation時，有些顆粒相互連接而成鐵磁性，而另一些仍分離的鈉米顆粒仍然具有超順磁性，即在接近percolation時超順磁體與鐵磁體同存在。
本發(fā)明的具有反平行排列磁化強度的超順磁一鐵磁復(fù)合材料，其一種結(jié)構(gòu)形式是，均勻分布在非磁性物質(zhì)里的鈉米磁性顆粒，剛percolation時，鈉米磁性金屬顆粒有剛剛連在一起，有仍然是分離的，而此時的非磁性物質(zhì)同時也是非金屬的非晶絕緣體。
本發(fā)明的具有反平行排列磁化強度的超順磁-鐵磁復(fù)合材料，其一種結(jié)構(gòu)形式是超順磁體-鐵磁體多層膜復(fù)合。
本發(fā)明的積極效果在于1、根據(jù)靜磁相互作用和迭加原理得到的這種復(fù)合材料可以在一定條件下得到負(fù)剩余磁化強度即Mr/Ms＜0，Mr剩余磁化強度，Ms飽和磁化強度，而Mr/Ms＜0意味著至少在磁場(H)接近零時，M-HLOOP(磁滯回線)的方向是順時針而非反時針轉(zhuǎn)的，這就區(qū)別于通常的磁性材料，M-HLOOP的方向是反時針轉(zhuǎn)特點。順時針轉(zhuǎn)一圈，將導(dǎo)致從該材料得到熱，也就是使之降溫。利用這一性質(zhì)，本發(fā)明的材料可作一種新型的降溫材料，而且這種降溫材料不會對環(huán)境產(chǎn)生污染，與此有關(guān)的還可以做一種低損耗的磁芯。
2、可作高密度磁記錄材料。用超順磁體屏閉小鐵磁體可減少甚至消除小鐵磁體(作為單個記錄單元)間的相互作用，從而減小由此而產(chǎn)生的記錄信號的噪音。這一原理可以用在現(xiàn)有的平行磁記錄介質(zhì)，也可以用于今后的垂直磁記錄介質(zhì)，這里對垂直磁記錄介質(zhì)上的應(yīng)用進(jìn)行討論，根據(jù)圖5及初步計算，選用直徑20mm，長1μm的由純鐵的磁針將有足夠的各向異性能，使之在室溫下不受熱激發(fā)影響而轉(zhuǎn)向。同時選用可以是相當(dāng)材料制成的鈉米磁顆粒均勻地分布在絕緣體內(nèi)(體積百分比為25%)，如果要此超順磁體屏閉磁針的磁場，則1/4(a2-πr2)＝πr2，r為磁針半徑，a為磁針間距(如選用正方排列)，a2＝3πr2＝3π(100nm)2＝10-11cm2，也就是面密度可以達(dá)到1/a2＝1011cm-2，在2″Disk(磁盤)，也以有2×1012bits，也就是說，利用屏閉的原理，垂直磁記錄介質(zhì)的密度，可以從理論上達(dá)到如此之高，遠(yuǎn)大于現(xiàn)有的磁盤及根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)預(yù)期的五至十年內(nèi)的磁盤密度。實驗上最困難的可能是生產(chǎn)細(xì)長的磁針及控制它們的粗細(xì)及間距，而此一技術(shù)已由stevenlhon等在明尼蘇達(dá)大學(xué)成功地在Ni的點陣?yán)飳崿F(xiàn)，而在其技術(shù)里沒有運用超順磁體去屏閉，使得其密度還有限。本發(fā)明的關(guān)鍵之點是用超順磁體屏閉磁記錄單元之間的相互作用，從而在大大提高了記錄密度的同時可以控制記錄噪音。
3、percolation附近的巨霍爾效應(yīng)對應(yīng)的有效霍爾系數(shù)，可以與一般半導(dǎo)體的霍爾效應(yīng)相比擬，但比半導(dǎo)體有更好的導(dǎo)電性能，可以使更大的電流通過而不發(fā)熱，從而提高測量電壓的大小，這樣也就間接地提高了磁場傳感器的信噪比。這里的關(guān)鍵是磁性導(dǎo)體，percolation及非晶絕緣體。磁性導(dǎo)體一定有正比于飽和磁化強度的反?；魻栃?yīng)(增加100倍)，而percolation使樣品有效厚度從其本身厚度下降至顆粒直徑，非晶絕緣體使其進(jìn)一步下降一個與顆粒相交的截面尺度有關(guān)的量，因此量會小于顆粒直徑，從而使霍爾效應(yīng)進(jìn)一步增加。目前在膜厚1μm的Ni-SiO2系統(tǒng)里霍爾系數(shù)已經(jīng)達(dá)到0.25Q/1KG，進(jìn)一步提高Ni的純度有可能進(jìn)一步提高系統(tǒng)的導(dǎo)電率，從而使之代替現(xiàn)有的霍爾器件。
以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作詳細(xì)說明。


圖1為本發(fā)明均勻磁化的超順磁體的三種幾何形狀示意圖，其中(a)為在無限大空間中缺有一針狀空間，(b)為無限大空間，(c)為與(a)針狀物相同的超順磁針狀物;
圖2為本發(fā)明排列起來的小鐵磁針狀(長度遠(yuǎn)大于其直徑)在均勻的超順磁介質(zhì)里的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖3中(a)為本發(fā)明鈉米磁性顆粒在接近percolation時，有些連在一起成為分立的長鐵磁體(用粗灰線表示)，而另外的側(cè)仍是分離的(用圓表示)而仍然具有超順磁性，(b)為本發(fā)明鈉米金屬磁性顆粒percolation時，顆粒的聯(lián)接性使得存在一個導(dǎo)電渠道，通過整個樣品(用粗黑線表示)，此時仍有分離的顆粒(圓)及分立的細(xì)長鐵磁體(粗灰線);
圖4為本發(fā)明超順磁-鐵磁多層膜的截面結(jié)構(gòu)示意圖，其中空心圓為單疇的磁性顆粒，粗黑線表示鐵磁薄膜;
圖5為本發(fā)明作為磁記錄單元的長鐵磁針狀物均勻地排列在超順磁介質(zhì)里結(jié)構(gòu)示意圖，空心圓為單疇的鈉米磁性顆粒，粗黑圓或粗黑線表示鐵磁針，其中(a)為平行針狀的截面圖，(b)為(a)的俯視圖;
圖6為本發(fā)明Nix-(Sio2)1-x的透射電鏡暗場照片結(jié)構(gòu)示意圖，X以體積計算，其a為X＝50%，b為X＝60%;
圖7為本發(fā)明的M-H曲線，曲線為10KG→10KG→10KG的一部分示意圖，其中(a)T＝200K、X＝55%，(b)T＝5K、x＝55%，(c)T＝200K、X＝60%;
圖8為本發(fā)明Mr-T曲線，測量過程為在5K加磁場至10KG，然后讓磁場退至零后的磁化強度升溫曲線示意圖;
圖9為本發(fā)明Mr/Ms-X曲線示意圖，T＝200K，Ms為在10KG時的磁化強度M;Mr為從10KG降至零時的磁化強度;
圖10為本發(fā)明(ρxy/ρxys)、(△ρxx/ρxx)、(-M/Ms)隨磁場的變化曲線示意圖、X＝0.6;
圖11為本發(fā)明顯示Logρxx、Log|ρhs|隨X的變化示意圖。
實施例接近Percolation的Nix-(SiO2)1-x系統(tǒng)，此系統(tǒng)由RF磁淺射得到，淺射時，Ni和SiO2靶同時向基底射出，本底壓力10-6torr，樣品襯底溫度為150℃，并且同時得轉(zhuǎn)動以保持均勻性，用X光和透射電鏡得到的衍射說明樣品里主要是面心立方的Ni顆粒均勻地分布在非晶的SiO2里。亮場透射電鏡得到的照片說明Ni的顆粒大小在3-8μm左右，并隨X增加逐漸增加。暗場透射電鏡照片如圖6所示，說明顆粒的相連性也隨X增加逐漸增加，根據(jù)磁性結(jié)果分析，X＝30%的樣品里，顆粒隨磁場的響應(yīng)基本上是不相關(guān)的，而X＝60%的樣品基本上是鐵磁的。從圖6不難推斷，X＝40%和50%的樣品里有超順磁體，也有鐵磁體。圖6(a)對應(yīng)于示意圖3(a)，圖6(b)對應(yīng)于圖3(b)。
負(fù)剩余磁化強度。如圖7(a)所示，對X＝0.55的樣品磁化強度測量，說明M隨H的變化，發(fā)現(xiàn)在T＝200K時磁場從10KG后降到零后，M從正值變?yōu)樨?fù)值。而且此負(fù)剩余磁化強度約有9%(與飽和磁化強度Ms相比)。同樣的樣品在5K就只有正的剩余磁化強度如圖7(b)。X＝0.6的樣品在200K也只有正的剩余磁化強度(Mr/Ms＞0)，當(dāng)溫度上升時，Mr很快降下來，在100K左右，Mr改變符號成為負(fù)值，在200K左右，Mr的值跟在200K時加場到10KG，再降到零的值基本符合，如圖8所示。Mr/Ms在200K隨成分變化曲線如圖9所示，對X在0.4到0.55左右，Mr/Ms是負(fù)的，而在X＜0.3時，因為超順效應(yīng)Mr/Ms→0，而X≥0.6，由于鐵磁效應(yīng)Mr/Ms＞0，負(fù)的Mr/Ms意味著超順磁與鐵磁同時存在。
巨霍爾效應(yīng)。圖10顯示ρxy/ρxgs、-M/MS及△ρxy/xx＝{ρxx(H)-ρ(0)}/ρ(0)隨H的變化曲線，T＝5K，ρxys及Ms為飽和后的霍爾電阻率和磁化強度，磁場的方向加在與膜垂直的方向。圖10充分顯示Pxy除了有一項成比于H外，還有一與M成正比的項，當(dāng)M飽和(達(dá)到Ms)時Pxy也飽和，我們用Phs來表示，而正是這一項隨著X的減小而增加，圖11顯示Logρxx、Log|ρhs|隨X(金屬體積百分比)的變化，朝下的尖頭表示金屬-絕緣體的轉(zhuǎn)變點Pc，對于用于磁場靈敏儀、X≥Pc的將比較有用。
本發(fā)明的具有反平行排列磁化強度的超順磁-鐵磁復(fù)合材料至少可以在下列特殊結(jié)構(gòu)里出現(xiàn)
1、如圖2所示，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)為排列起來的小鐵磁針狀物在超順磁介質(zhì)里。其有效磁場E＝-(4πX-1)Ha。
2、如圖3所示，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)為接近percolation時的鈉米磁性顆粒在均勻的非磁性物質(zhì)里，在這種情況下，有的磁性顆粒由于密度增加而相互連接，而另一部分仍然是分離的，相互接觸的顆粒在接近percolation時，其長度可遠(yuǎn)大于其直徑，使得它的體積增加而呈現(xiàn)鐵磁性，并且由于形狀造成的磁各向異性，長顆粒的磁化強度沿著其軸向，假設(shè)長顆粒間無相互作用，而磁場加在任何方向時都有一定的長顆粒的軸向是平行磁場的，其有效磁場E＝-(4πX-1)Ha。
3、如圖4所示，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)為超順磁-鐵磁多層膜復(fù)合，其有效磁場E＝-(πX-1)Ha。
上述三個例子里，Ha外加磁場，X＝M/Ha。
權(quán)利要求
1.一種具有反平行排列磁化強度的超順磁--鐵磁復(fù)合材料，其特征在于它由超順磁體和鐵磁體復(fù)合組成，其中該超順磁體是由鈉米磁性顆粒均勻地分布在非磁性物質(zhì)里，每個磁性顆粒的體積小到只有一個磁疇，顆粒間充滿非磁性物質(zhì)，使得每個顆粒隨外加磁場的響應(yīng)隨之旋轉(zhuǎn)并且是互相獨立的，其中該鐵磁體由各個分立的幾何形狀各向異性的組元組成，它可以是一維呈針狀的、二維呈薄膜狀的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有反平行排列磁化強度的超順磁-鐵磁復(fù)合材料，其特征在于其中該磁性鈉米顆粒和該鐵磁體是鐵、鈷、鎳元素，或是具有鐵磁性的合金或化合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有反平行排列磁化強度的超順磁-鐵磁復(fù)合材料，其特征在于其組成是排列起來的小鐵磁針狀物在超順磁介質(zhì)里。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有反平行排列磁化強度的超順磁-鐵磁復(fù)合材料，其特征在于其組成是均勻分布在非磁性物質(zhì)里的鈉米磁性顆粒，在接近percolation時有鈉米顆粒相互連接而成鐵磁性，有仍分離的鈉米顆粒仍然具有超順磁性。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有反平行排列磁化強度的超順磁--鐵磁復(fù)合材料，其特征在于其組成是均勻分布在非磁性物質(zhì)里的鈉米磁性顆粒，剛percolation時，鈉米磁性金屬顆粒有剛剛連在一起，有仍然是分離的，而此時的非磁性物質(zhì)同時也是非金屬的非晶絕緣體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有反平行排列磁化強度的超順磁-鐵磁復(fù)合材料，其特征在于其組成是超順磁-鐵磁多層膜復(fù)合。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有反平行排列磁化強度的超順磁-鐵磁復(fù)合材料，其特征在于它由超順磁體和鐵磁體復(fù)合組成，其中該超順磁體是由鈉米磁性顆粒均勻地分布在非磁性物質(zhì)里，每個磁性顆粒的體積小到只有一個磁疇，顆粒間充滿非磁性物質(zhì)，使得每個顆粒隨外加磁場的響應(yīng)隨之旋轉(zhuǎn)并且是互相獨立的，其中該鐵磁體由各個分立的幾何形狀各向異性的組元組成，它可以是一維呈針狀的、二維呈薄膜狀的。
文檔編號H01F1/01GK1113597SQ95111648
公開日1995年12月20日 申請日期1995年6月2日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月2日
發(fā)明者嚴(yán)曉 申請人:嚴(yán)曉