博士学位研究工作的目标和结果如下：　　 [1]探索纳米线和纳米管中有趣的实验挑战和物理现象。第一步就是利用电化学方法制备高质量的纳米线和纳米管。　　 [2]研究室温、高于和低于室温下的铁磁纳米线和纳米管有趣的物理性质和它们的的磁性和微结构行为。　　 [3]实验上研究纳米线和纳米管的磁化反转行为。　　 [4]研究了铁磁性纳米线和纳米管如何从体性质转变为表面性质。　　 [5]使人们有机会通过控制纳米线/管的几何尺度来调控它们的磁学性质，进而实现在器件中的应用。　　 过去几十年里，由于磁性纳米结构的研究对于实际材料器件的应用有很大的意义，特别是对于磁性和自旋电子学器件，如：高密度的存储介质和磁场传感器。人们对纳米结构材料独特的磁学性质已进行了大量的研究，特别是对于接近超顺磁的颗粒及纳米线的磁反转机制。在各种纳米尺度的磁性材料中，磁性和非磁性的多层纳米线，由于其维度受限，具有独特的磁输运性质，引起了研究者极大的兴趣。模板辅助的电沉积技术对于制备纳米线提供了一个方便、划算的制备方法。通过交变地在纳米孔模板中沉积铁磁层和非磁性层，可以制备出不同长度的多层纳米线。而且纳米线中铁磁非铁磁界面垂直于它们的长轴，这使它们特别适合研究电流垂直于膜面的磁输运性质。虽然这种所谓电流垂直于膜面(CPP)巨磁电阻效应已经被广泛地研究，但是对它的磁化反转机制的研究则很少。因为如何从实验上确定纳米尺度的磁性材料的磁化反转模式，仍然是一个挑战。目前有几种关于磁化反转的模型：一致转动、卷曲转动、反转畴的成核长大等。对于本论文的工作，对于Co/Cu多层纳米线中的磁化反转主要考虑“一致转动”和“卷曲转动”两种模式，因为它们对于大多数纳米结构磁性材料都成立，特别是对于纳米线体系。一致转动模式决定的磁化反转，磁体中所有的自旋向一个方向同时旋转，这样减小了系统的交换能Eexi但增加了静磁能Ems。而由卷曲转动模式决定的磁化反转，磁体中的自旋卷曲状非一致转动，这样减小了静磁能Ems，但增加了交换能Eex。一般地，可以利用使体系的总能量最小来解释磁化反转，而总能量则主要是交换能和静磁能之和。当体系中交换能取最小时，则主要是一致转动模式；同样地，当体系静磁能取最小时，则主要是卷曲转动模式。先前，已经使用一致转动模式和卷曲转动模式解释了磁性纳米颗粒和纳米棒的磁化反转机制。对于研究磁化反转机制，多层纳米线提供了一个很好的体系。因为多层纳米线中每一个磁性单元可以很容易地通过改变生长过程中的磁性层厚度，使其形成碟状或圆柱状的纳米磁体。磁性层间存在静磁耦合作用，当纳米线之间靠得很近时，体系中还存在线之间的静磁耦合作用。这些相互作用也会影响多层纳米线的磁化反转行为。所以本论文的工作，系统地研究了Co/Cu多层纳米线中.当改变Co层厚度时的磁化反转行为。　　 研究发现，Co/Cu多层纳米线中的磁化反转模式依赖于铁磁层的厚度。虽然，由于Co/Cu多层纳米线中存在层间和线间的偶极相互作用，研究它们的磁性是比较复杂的；但是，它们的磁化反转机制仍然可以使用一致转动和卷曲转动模式来描述。当Co层很薄(碟状一纳米级厚度)时，纳米线的磁化反转可以用一致转动模式来描述；相应地，对于长的圆柱状的Co纳米棒(微米量级)，它的反转机制在易轴和外磁场夹角小于40度时主要是卷曲转动，当角度大于40度时，则主要是一致转动。虽然纳米线之间的偶极相互作用对于它的磁化反转并不起很大的作用，但是在每个纳米线中邻近磁性层之间的相互作用则决定它的磁行为。当纳米线中的磁性层成碟状时，磁性层之间的相互作用使它们之间的磁化方向反平行排列，这样相对于单独的碟状磁体，能得到更高的饱和场；当纳米线中的磁性层层棒状时，磁性层之间的相互作用使它们的磁化方向都沿着纳米线的轴线方向，相邻层具有不同的极性。因此，磁性层的磁化反转行为类似于单元素纳米线。通过本工作的实验研究，希望能搞清楚纳米尺度多层膜体系中复杂的磁学行为。　　 磁性纳米结构，像纳米点(0维)，纳米线、纳米带、纳米管(1维)和量子阱，具有很多依赖于尺度和维度的独特的物理和化学性质。近年来，磁性纳米管被成功地制备，由于它在磁性生物技术的应用，已经变成一种新兴的、快速发展的纳米科技的一个标志。从理论的观点，管具有相比线更多的优点。磁性纳米管可以用它们的外径R和内径a来表征。当然还包括长度H，厚度t= R-a，当t=0时则是纳米线，t>0时，形成中空的管。虽然纳米线的磁反转已经被广泛地研究，但是到目前为止，除了纳米管具有一些相比纳米线潜在的优点，对于纳米管的磁反转研究则较少。从应用的角度，矫顽力是一个很重要的铁磁性质。从技术的应用层次，管几何也是很有趣的。因为它能通过管内注入一个电流感应出交流或直流磁场。纳米管表现出中空的磁构型，导致产生均匀的转换场。对于铁磁中空圆柱状结构的反转模式的理论分析显示，纳米管的几何构型会影响它的磁化反转模式。这两个磁化反转模式将给出不同的角度依赖的矫顽力机制。因此，Hc(θ)和SQθ0)曲线(θ为外场和长轴的夹角)对于纳米管的反转机制提供有用的信息。对于现在的报道，我们使用聚碳酸酯模板(0.6-0.8 pm)制备了铁磁性的纳米管(Co、Fe、Ni、CoNi、NiFe)。在室温和液氦温度下，对它们的磁学性质进行了全面的表征。我现在的工作就是从实验上企图搞清楚纳米管的磁化反转机制。而且，和时间有关的磁化强度M(t)由于热激发从而产生了很强的磁粘滞效应。我现在的工作也包括研究室温和低温下的依赖纳米管几何尺寸的磁性和磁化强度性质。我们制备的纳米管允许保持长度不变(L=6μm)，而改变纳米管壁的厚度来系统地研究它们的磁学性质。 　　 一般地，对于低于居里温度，由于自旋波激发，磁化强度依赖于温度。这一关系首先Bloch给出。我现在的工作将要通过对比体材料、薄膜、纳米线和纳米管的磁学性质。这将使人们更好地理解体磁学性质如何转变成表面的性质或纳米结构增大的表面如何影响材料的磁学性质。这一问题的解决，使人们有机会通过控制纳米线、纳米管的几何尺寸来操控材料的磁学性质，进而实现它们在器件的实际应用。　　 全面地研究了纳米管的磁性，静磁和磁化强度的性质。所有的纳米管的易轴都垂直于纳米管的轴线方向。观测发现，纳米管的矫顽力大小依赖于它的厚度。通过测量纳米管的△M曲线得到，对于所有的样品，静磁相互作用都占主导地位。△H曲线显示，对于纳米管，这些相互作用强于纳米线。证明了纳米管中的Bloch定律，比较了体材料、薄膜、纳米线和纳米管的磁学性质。铁磁性纳米管的磁化翻转依赖于它的几何尺寸。时间依赖的磁化行为，揭示了纳米管具有很强的磁粘致效应；不同外场下的磁粘致系数(S)非常接近矫顽力的大小。　　 通过使用氧化铝模板(AAO)制备出了各种不同的纳米管。这些纳米管长度可达到35μm。纳米管矫顽力的温度依赖性测量服从能量势垒的场依赖性和矫顽力的角度依赖性的3/2定律，同时揭示了通过氧化铝模板制备的铁磁性纳米管的磁化反转是一种卷曲转动模式。发现在5～300K之间，纳米管的有效体积随着温度而发生变化。