關(guān)于作者
中國(guó)科學(xué)院金屬研究所
磁性材料與磁學(xué)
材料新視野
2014年09月26日
磁學(xué)是一門(mén)古老又神奇的學(xué)科。最初，人們發(fā)現(xiàn)天然的磁鐵——磁鐵礦可以吸引鐵，并能夠在地磁場(chǎng)的影響下指引方向，于是發(fā)明了最早的指南針——司南。
在經(jīng)歷了漫長(zhǎng)風(fēng)月對(duì)磁性本質(zhì)的探究，終于在二十世紀(jì)初，伴隨著量子力學(xué)的偉大發(fā)展，海森堡提示了磁性的物理本質(zhì)：自旋之間的交換相互作用，自旋磁矩在磁性材料中以不同的方式保持有序，因此展現(xiàn)出了豐富多樣在的磁性牲，有難以退磁的硬磁材料（如鋁鎳鈷合金，稀土永磁體），極易隨外場(chǎng)變化的軟磁材料（如硅鋼、鎳鐵合金），形變與磁化狀態(tài)相轉(zhuǎn)化的磁致伸縮材料（如鏑摻雜的鋱鐵合金）、磁化伴隨著熱效應(yīng)的磁卡材料以及磁性納米顆粒等等。這些磁性材料在機(jī)電工業(yè)、輻射吸收、聲納傳感、磁性制冷等方面發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。
1.jpg)
2.jpg)
隱形戰(zhàn)機(jī)使用吸收電磁波的涂料。納米磁性材料，特別是類(lèi)似鐵氧體的納米磁性材料混入涂料中，既有優(yōu)良的吸收電磁波特性，又有良好的吸收和耗散紅外線(xiàn)的性能。
薄膜制備技術(shù)高速發(fā)展之后，磁性與自旋相結(jié)合的牲帶來(lái)了一個(gè)新的現(xiàn)象：相隔一層非磁性超薄膜的兩層鐵磁層由于自旋磁矩方向的異同，對(duì)傳導(dǎo)電子的散射發(fā)生了巨大的差異，這就是法國(guó)科學(xué)家Fert和德國(guó)科學(xué)家Grunberg發(fā)現(xiàn)的巨磁阻效應(yīng)。巨磁阻效應(yīng)極大地提高了硬盤(pán)磁頭的靈敏度，進(jìn)而將硬盤(pán)的存儲(chǔ)密度從3Gb-5Gb/in2提高到了40Gb/in2以上。他們的出色工作獲得了2007年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。更為重要的是，自此自旋與傳導(dǎo)電子之間的相互作用作為一個(gè)新的學(xué)科——自旋電子學(xué)——從傳統(tǒng)的磁學(xué)中脫穎而出，一方面向熱愛(ài)自然之美國(guó)的人們展現(xiàn)出更豐富的物理現(xiàn)象，一方面引領(lǐng)著電子技術(shù)的最前沿發(fā)展。
在經(jīng)歷了漫長(zhǎng)風(fēng)月對(duì)磁性本質(zhì)的探究，終于在二十世紀(jì)初，伴隨著量子力學(xué)的偉大發(fā)展，海森堡提示了磁性的物理本質(zhì)：自旋之間的交換相互作用，自旋磁矩在磁性材料中以不同的方式保持有序，因此展現(xiàn)出了豐富多樣在的磁性牲，有難以退磁的硬磁材料（如鋁鎳鈷合金，稀土永磁體），極易隨外場(chǎng)變化的軟磁材料（如硅鋼、鎳鐵合金），形變與磁化狀態(tài)相轉(zhuǎn)化的磁致伸縮材料（如鏑摻雜的鋱鐵合金）、磁化伴隨著熱效應(yīng)的磁卡材料以及磁性納米顆粒等等。這些磁性材料在機(jī)電工業(yè)、輻射吸收、聲納傳感、磁性制冷等方面發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。
隱形戰(zhàn)機(jī)使用吸收電磁波的涂料。納米磁性材料，特別是類(lèi)似鐵氧體的納米磁性材料混入涂料中，既有優(yōu)良的吸收電磁波特性，又有良好的吸收和耗散紅外線(xiàn)的性能。
薄膜制備技術(shù)高速發(fā)展之后，磁性與自旋相結(jié)合的牲帶來(lái)了一個(gè)新的現(xiàn)象：相隔一層非磁性超薄膜的兩層鐵磁層由于自旋磁矩方向的異同，對(duì)傳導(dǎo)電子的散射發(fā)生了巨大的差異，這就是法國(guó)科學(xué)家Fert和德國(guó)科學(xué)家Grunberg發(fā)現(xiàn)的巨磁阻效應(yīng)。巨磁阻效應(yīng)極大地提高了硬盤(pán)磁頭的靈敏度，進(jìn)而將硬盤(pán)的存儲(chǔ)密度從3Gb-5Gb/in2提高到了40Gb/in2以上。他們的出色工作獲得了2007年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。更為重要的是，自此自旋與傳導(dǎo)電子之間的相互作用作為一個(gè)新的學(xué)科——自旋電子學(xué)——從傳統(tǒng)的磁學(xué)中脫穎而出，一方面向熱愛(ài)自然之美國(guó)的人們展現(xiàn)出更豐富的物理現(xiàn)象，一方面引領(lǐng)著電子技術(shù)的最前沿發(fā)展。
3.jpg)