向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了
广告

德国科学家利用特殊显微镜实现纳米级磁体定制

时间:2019-11-22 阅读:
德国亥姆霍兹德累斯顿罗森多夫研究中心(HZDR)的物理学家,与德累斯顿的莱布尼兹固态和材料研究所(IFW)和格拉斯哥大学的研究人员合作,共同致力于磁性纳米结构的工程制造,并能够在纳米级尺寸上调整材料的属性。

德国亥姆霍兹德累斯顿罗森多夫研究中心(HZDR)的物理学家,与德累斯顿的莱布尼兹固态和材料研究所(IFW)和格拉斯哥大学的研究人员合作,共同致力于磁性纳米结构的工程制造,并能够在纳米级尺寸上调整材料的属性。科学家在HZDR离子束研究中心使用特殊的显微镜来实现这一目标。该显微镜的超薄离子束能够在样品材料中产生稳定、周期性排列的纳米磁体。该装置还可用于优化碳纳米管的磁性。研究人员相关的研究成果近期发表于权威期刊Small的两篇文章中。Bmpednc

HZDR研究人员Rantej Bali博士、Kilian Lenz博士和Gregor Hlawacek博士介绍说:“实现纳米级尺寸的材料磁性可调,为制造最新型的电子元件提供了巨大潜能。我们在磁性纳米结构方面试用了各种方法,所有的方法都涉及到离子束。例如,我们用离子束轰击非铁磁性的铁-铝合金,通过离子碰撞去除几百个原子。当合金中的原子重新排列时,相邻的磁性铁原子的数量增加了从而产生了磁性。于是,在离子束轰击部位附近的合金就变成了磁体。这种方法能够让研究人员在原本是非铁磁性的薄膜材料中局部雕刻纳米磁体。Bmpednc

无序诱发形成纳米磁体

HZDR科学家在他们的最新研究工作中,发现离子束诱发的晶格无序也会增加底层晶格结构的体积,但是在空间的各个方向上分布并非均匀。晶格畸变也影响磁性能。例如,在细长的磁条中,被期望的磁化方向是沿着长轴方向,就像常规条形磁铁中的典型情况。然而,由于纳米磁体中的晶格畸变,将导致横向的磁化分量。结果是净磁矩大小趋向于以周期性方式“弯曲”偏离磁体的长度,如图1所示。这些稳定的、周期性的磁畴也可以在弯曲的磁体中可靠地形成,并可能在微型磁传感器中得到应用。Bmpednc

018ednc20191122.jpgBmpednc

图1 磁条的STEM-DPC图像。不同宽度磁条的磁畴结构,宽度w分别为a)1.1μm,b)660nm,c)410nm,d)295nm,e)195nm,f)30nm。沿着长度测量的磁畴尺寸,磁畴与宽度的函数关系显示在g)中。右上方色盘为a - f中表示力矩方向的色码。Bmpednc

在HZDR氦离子显微镜中,物理学家利用稀有气体产生极细的离子束,因此具有非常高的精度。“我们的离子束直径只有几个原子的宽度,”参与氦离子显微镜实验的Gregor Hlawacek解释说,“根据所使用的稀有气体,我们可以通过去除原子来改变被轰击材料的特性或形态。”尽管氦离子显微镜以氦离子为名,但它不仅限于使用氦气。在他们的最新实验中,研究人员使用了比氦气重的氖气,因此对要变性的材料可以产生更强的影响。通过与格拉斯哥大学的合作,HZDR的科学家还能够使用他们位于其材料和凝聚态物理中心的透射电子显微镜。Bmpednc

Rantej Bali实验使用氖离子束作为刻画磁体的“笔”,Bali对他之前在HZDR负责的DFG项目的研究结果总结道:“离子束可以制作任何形状或形式的磁性纳米结构,这些结构可嵌入在材料中,并且仅由它们的磁性和晶体特性定义。”Bmpednc

利用氖离子剪裁材料

另一方面,Kilian Lenz使用聚焦离子束操纵方法,通过改变纳米结构本身的几何形状来优化所需的材料性能。所使用的氖离子束的直径只有2 nm。在轰击点,材料的不均匀部分或材料边缘能够以此尺寸被去除。Lenz说:“我们用含有类圆柱形磁性铁芯的碳纳米管来研究这个问题。这些纳米管的结构和几何形状可以在氦离子显微镜中进行修整和优化。”Bmpednc

研究人员利用一种微操纵器分离直径为70 nm、长度为10 μm的单个碳纳米管,并将其放置在微谐振器中进行测量,如图2。Lenz解释说:“德累斯顿莱布尼兹固态和材料研究所的团队人员为我们开发了这个极其复杂的操纵过程。”通过将聚焦离子束切割与铁芯铁磁共振测量的独特组合,Lenz带领的研究团队得以深入了解这种近乎完美的磁性结构,从而揭示纳米管中铁芯的特性。Bmpednc

019ednc20191122.jpgBmpednc

图2 a)提取单个铁芯碳纳米管(FeCNT);b)SEM图像:使用微操纵器的钨探针将FeCNT放置到微谐振器中;c)典型FeCNT的TEM图像:中心为铁芯结构(深色),周围多层结构为CNT(灰色),存在少量缺陷;d,e)高分辨率TEM图像:测量了单晶bcc-Fe芯直径和CNT壁间距。Bmpednc

将来,HZDR的离子束物理和材料研究所将继续探索使用聚焦离子束对纳米磁性材料特性进行定向操纵的方法。科学家认为,他们的方法及其调整的纳米级材料,将在自旋电子学应用以及创新传感器件或存储介质制造方面拥有巨大的发展潜力。Bmpednc

(来源:微迷;责编:Demi Xia)Bmpednc

本文为EDN电子技术设计 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
您可能感兴趣的文章
  • 人工智能时代不断变化的工业格局 尽管AI技术并不是什么新鲜事物,但数据的爆炸式增长促使AI以惊人的速度发展,例如在百度和谷歌等数十亿次的搜索提供了相当大的实时数据集,支持了AI的蓬勃发展。
  • 一种降低烟感产品误报率的解决方案 现有的烟感方案如电离传感器,光电传感器构成的产品,可以很好的测量烟雾。一般电离传感器方案,会比较快的对传统烟雾进行报警,这取决于烟腔迷宫的设计。而光电传感器,可以更早的对阴燃物体产生的烟雾进行报警,从而提前预防火灾的发生。但这两种方式,对烧焦的汉堡或水蒸气干扰情况的辨识度较差,容易发生误报,需要很有经验的软件人员将其与真实的烟雾区分出来。
  • 技术开发生态系统对持续提升自动驾驶安全至关重要 自动驾驶汽车(AV)正迅速从炒作走向现实。Emerj最近的报告记载了11家最大的汽车厂商计划,其中本田、丰田和雷诺日产最早将于明年开展计划。然而,很明显,部署批量生产的自动驾驶汽车比传统汽车有更多的要求。
  • 揭开隐藏140年的霍尔效应秘密 IBM研究人员发现了一个与霍尔效应相关的140年的秘密,这个之前不为人所知的特性可望为改善半导体性能开辟一个新的途径。
  • 搭建物理与数字世界的桥梁,推动创新进入快车道 不管信号多么小、多么快、多么复杂,或者在多么强的干扰下,都能找到一种方法,把它从模拟世界中提炼,然后在数字中体现出来,即建立一个从物理世界到数字世界的桥梁。
  • 设计小巧、高效和高性能的多参数患者监护仪 连续测量如心率、呼吸频率和血氧饱和度(SpO2)等患者生命指征对于提供有效护理来说至关重要,而同时测量这些体征的能力也使得多参数患者监护仪变得日益重要。
相关推荐
    广告
    近期热点
    广告
    广告
    广告
    可能感兴趣的话题
    广告