[发明专利]一种调控磁性纳米环尺寸的方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，尤其是一种调控磁性纳米环尺寸的方法。

背景技术

纳米尺寸的磁性材料在许多器件中发挥着越来越重要的作用。这种材料由于其各自独特的形状和尺寸决定了其内在的磁化状态和磁矩翻转特性，在很多器件中起着重要作用。纳米环作为一种非常特殊的纳米材料，由于其几何形状上的高度对称性和结构上的自封闭性，表现出诸多的特殊性能，如电阻随外场振荡的Aharonov-Bhom效应，对磁场或电场敏感的纳米天线，具有类似核外电子的壳层能级结构，近红外区域频率可调的表面等离子激元。如果引入磁性，纳米环会呈现出更丰富的物理、化学性质，例如其会形成两种非常稳定的磁状态：涡旋态和双畴态，铁磁性纳米环中的量子输运性质；铁磁性纳米环中的巨磁电阻效应和自旋转移矩效应，以及用作垂直磁随机存储器单元等。这些特性使其在光、电、磁、催化、信息存储和微波吸收等领域具有广泛的应用价值。纳米环的性能主要受到环的形貌、尺寸、组成以及质量的影响。特别是纳米环中的磁化状态，例如涡旋态和双畴态，它们之间的变化取决于纳米环内外径的大小和厚度以及材料本身的性质。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的是提供一种调控磁性纳米环尺寸的方法。

本发明的技术方案是：一种调控磁性纳米环尺寸的方法，包括如下步骤：

步骤一：选取一种基片作为薄膜样品的衬底，切割成长10mm、宽10mm、厚0.5mm的大小；丙酮超声波清洗10-15min，再用去离子水超声波清洗10-15min，最后用无水乙醇超声波清洗10-15min，清洗干净后取出基片用高纯氮气吹干备用；

步骤二：选取一种聚苯乙烯微球乳液，按照乳液与去离子水体积比1:200进行稀释后，在超声波清洗器中超声分散10-15min，使聚苯乙烯微球充分分散；将分散好的聚苯乙烯微球溶液滴在步骤一中清洗干净的基片上，放置干燥箱中干燥；

步骤三：待基片充分干燥后，将其放入磁控溅射腔内，用磁控溅射方法先在基片上沉积非磁性过渡层，再沉积一层磁性薄膜，将基片放置于离子刻蚀仪器中，对薄膜进行离子减薄；由于聚苯乙烯纳米微球是有机材料，难以刻蚀，且聚苯乙烯微球对刻蚀离子有散射效应，所以聚苯乙烯微球将会对它下面的薄膜材料起到遮挡或保护作用，避免薄膜被高能离子完全刻蚀掉。而未被聚苯乙烯微球遮挡的部分，薄膜将会被完全刻蚀掉，所以在聚苯乙烯纳米微球周围会形成环状的磁性纳米结构，即磁性纳米环。聚苯乙烯微球根据需要与否，用丙酮溶液将其从基片上清洗掉，得到磁性纳米环。

进一步的，所述步骤二中的基片与水平面成15°角放置在干燥箱中干燥，干燥箱温度维持在55℃。

进一步的，所述磁性纳米环的材料是铁、钴、镍单质铁磁性金属中的任意一种，或是以铁、钴、镍为基体的铁磁性合金材料中的任意一种，或是铁磁性氧化物中的任意一种。

进一步的，所述非磁性过渡层材料是非磁性金属，非磁性绝缘体，或其他非磁性合金、氧化物材料。

进一步的，所述基片材料为非磁性绝缘体材料。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该磁性纳米环调控方法工艺简单，根据需求，通过控制聚苯乙烯微球的大小和非磁性层的厚度，可以制备各种尺寸和材质的磁性纳米环，满足不同的试验需要和科学研究。

附图说明

图1为本发明的可调控尺寸磁性纳米环的制备方法示意图。

图2为本发明利用直径200nm的聚苯乙烯微球和20nm非磁性过渡层制备磁性纳米环的示意图。

图3为本发明利用直径500nm的聚苯乙烯微球和20nm非磁性过渡层制备磁性纳米环的示意图。

图4为本发明利用直径500nm的聚苯乙烯微球和60nm非磁性过渡层制备磁性纳米环的示意图。

图5基片上制备的单分散的直径200nm的聚苯乙烯微球。

图6利用直径200nm的聚苯乙烯微球和20nm非磁性过渡层制备的钴铁磁性纳米环。

图7利用直径500nm的聚苯乙烯微球和20nm非磁性过渡层制备的坡莫合金磁性纳米环。

图8利用直径500nm的聚苯乙烯微球和60nm非磁性过渡层制备的坡莫合金磁性纳米环。

具体实施方式