Ferroferrik oksit arayüz manyetik kaplin çalışmasında ilerleme
Çin Bilimler Akademisi, Shenyang Ulusal Malzeme Bilimi Laboratuvarı Katı Atomik Görüntüleme Araştırma Departmanında araştırmacı olan Chen Chunlin, Fe3O4 ikizini elde etmek için taramalı transmisyon elektron mikroskobu diferansiyel faz kontrast görüntüleme teknolojisini (DPC STEM) kullanarak Tokyo Üniversitesi, Japonya'dan Profesör Yuichi Ikuhara ve diğerleri ile işbirliği yaptı. Kristal arayüzün manyetik bağlantısının doğrudan ölçümü, Fe3O4 ikiz arayüzünün atomik / elektronik yapısı ile arayüzün atomik ölçekte manyetik bağlantısı arasındaki doğrudan ilişkiyi ortaya çıkarır. Çalışma, Fe3O4 ikiz arayüzünün manyetik kuplajının iki farklı tipte olduğunu buldu: ferromanyetik kuplaj ve antiferromanyetik kuplaj Arayüzdeki manyetik kuplaj tipi, ikiz arayüzün her iki tarafındaki birkaç atomik katman içindeki atomik ve elektronik yapılara bağlıdır.
Arayüzey manyetik eşleme, manyetik malzeme araştırmaları alanında temel bir bilimsel problemdir ve polikristal manyetik malzemelerin manyetik davranışını anlamak ve manyetik özelliklerini düzenlemek için çok önemlidir. Önceki çalışmalar, manyetik malzemelerdeki arayüzler / tane sınırları gibi kusurların manyetik özelliklerini olumsuz etkileyeceğini kabul etmişti. Bununla birlikte, mevcut ana araştırma yöntemi, malzeme arayüzlerinin / tane sınırlarının manyetik özellikleri üzerindeki etkisini incelemek için tek kristal malzemelerin ve polikristalin malzemelerin manyetik özelliklerini karşılaştırmaktır.Araştırma yöntemlerinin içsel sınırlamaları, ilgili araştırma çalışmalarını imkansız hale getirir. Açın. Malzemelerdeki arayüz / tane sınırları gibi çok çeşitli kusurlar nedeniyle, nispeten farklı araştırma yöntemlerinin sonucu, malzemedeki tüm kusurlu yapıların kapsamlı etkisidir, bu nedenle arayüz / tane sınır yapısı ile manyetik özellikleri arasında bire bir yazışma kurmak imkansızdır. Doğrudan ilişki. Manyetik malzemelerin arayüz yapısı ile arayüz manyetik bağlantısı arasındaki etkileşimin iç mekanizmasını ortaya çıkarmak zorlu bir araştırma çalışmasıdır.
Chen Chunlin ve arkadaşları, Fe3O4 ikiz sınırının STEM yüksek açılı halka şeklindeki karanlık alan görüntüsü (HHADF) ve halka şeklindeki parlak alan görüntüsü (ABF) yapısının sistematik bir karakterizasyonunu gerçekleştirdi ve Fe3O4 ikiz sınırının üç farklı atomik yapı oluşturabileceğini ve STEM elektron enerjisini kullanabileceğini buldu. Kayıp spektroskopisi (EELS), üç ikiz arayüzün elektronik yapısını analiz eder. Bu temelde, bu üç ikiz arayüzün manyetik bağlantı türlerini doğrudan belirlemek için diferansiyel faz kontrast görüntüleme tekniği kullanıldı ve ikiz sınırların atomik / elektronik yapısı ile arayüzler arasındaki manyetik bağlantı arasında bire bir karşılık geldi. Doğrudan ilişki: Elektron mikroskobu ve manyetik eşleme testlerinin sonuçlarının birleştirilmesi, yoğunluk fonksiyonel teorisine dayanan kollinear manyetik yapının hesaplanması yoluyla, Fe3O4 ikiz sınırının atomik / elektronik yapısının arayüz manyetik bağlantısını etkilediği mekanizma netleştirilir. Bu araştırma, geleneksel araştırma yöntemlerinde bir atılım gerçekleştirdi ve polikristalin malzemelerin arayüzey manyetik davranışı ve performansının incelenmesi için geniş umutlar açtı.
İlgili araştırma sonuçları ACS Nano'da yayınlandı. Araştırma, Çin Bilimler Akademisi'nin Frontier Science Key Araştırma Projesi, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı ve Ulusal Bin Genç Yetenek Programı tarafından finanse edildi.
Şekil 1. Fe3O4 ikizleri boyunca
Şekil 2. Kristal kuşak ekseni boyunca Fe3O4 ikizlerinin atom yapısı. tip I, II ve III ikizlerin a, c, e, HAADF görüntüleri (şekilde yalnızca Fe atomları gösterilmektedir); b, d, f, ilgili ABF görüntüleri (tüm Fe ve O atomları görüntülenebilir). Şekildeki kırmızı ok ikiz arayüzü ve e ve f'deki daireler Fe boşluklarını gösterir.
Şekil 3. Kristal şerit ekseni boyunca Fe3O4 ikizlerinin atomik yapısı. tip I, II, III ikizlerin a, c, e, HAADF görüntüleri; b, d, f, karşılık gelen ABF görüntüleri. Şekildeki kırmızı ok ikiz arayüzü ve e ve f'deki daireler Fe boşluklarını gösterir.
Şekil 4. Fe3O4 ikizlerinin spin polarizasyon durumu yoğunluk diyagramı (DOS). Durum yoğunluğunun hesaplanan yapısı, tip I ikiz arayüzün ferromanyetik kuplaj olduğunu ve tip II ve III ikiz arayüzün antiferromanyetik kuplaj olduğunu gösterir.
Şekil 5. Fe3O4 ikizleri arasındaki manyetik bağlantının ölçülmesi. a, b, DPC STEM deneyi ile ölçülen Fe3O4 ikizlenmiş plakaların düzlem içi mıknatıslanma vektör dağılımı; c, d, transmisyon elektron mikroskobunun karşılık gelen parlak alan görüntüleri. I tipi ikiz sınırın her iki tarafındaki manyetizasyon vektör yönleri aynıdır, bu ferromanyetik kuplajdır; II ve III ikiz sınırının her iki tarafındaki manyetizasyon vektörleri antiferromanyetik kuplaj olan zıttır.
