自组织具有周期结构的钴线阵列及其磁输运性质研究

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本文利用独特的超薄液层电化学沉积的方法,通过温度来调控超薄液层的厚度,制备了形态丰富的、具有二维或三维特征的亚微米周期结构的钴线阵列;研究了不同形貌样品的微观结构特征,以及样品的几何形状对其磁输运性质和磁畴结构的影响。主要包括以下内容:  (1)首次揭示了超薄液层电化学沉积过程中,由生长界面前冰的局域融化对金属沉积物形貌产生的影响,生长出独特的具有螺旋对称性的亚微米线宽的钴线阵列,揭示了该几何对称性对其磁输运性质的影响。  在由电解质溶液结冰形成的超薄液层电化学沉积系统中,通过控制温度,使样品在一个相对较厚的超薄液层中生长。实验观测到,当生长温度在-1℃到-1.7℃范围内时,电化学沉积得到的钴线以自身为轴螺旋生长。磁电阻测量显示,样品的纵向磁电阻在磁化过程中存在电阻的极大值,横向磁电阻在零场附近存在两个对称的磁电阻的突降,这些特性可能来自样品特殊的三维手性对称结构。值得指出的是,这种螺旋生长行为在铜的电化学沉积中也已被观测到。基于若干实验观测,我们提出该螺旋生长现象的可能源于生长过程中生长界面前冰的局域融化和金属沉积物在固体衬底上各向异性成核之间的协同作用。  (2)利用超薄液层电化学沉积的方法,通过调控驱动电压的大小,首次得到了周期在500nm到1.3μm范围内可调的大范围之字形钴线阵列。磁力显微镜测量结果显示对样品进行磁化可以使钴线内部磁畴相对规则的排列。透射电子显微分析表明钴线的周期性弯折受制于晶体生长方向在[11(2)0]的两个等效方向间周期性切换和孪晶的周期性出现。  在超薄液层电化学沉积金属钴的实验中,采用比生长螺旋线的条件更低的温度(-2℃)和更低的初始溶液PH值(PH=3),在较薄的液层中得到了紧贴衬底生长的之字形钴线阵列。钴线周期可以通过调节驱动电压的大小调控:驱动电压越大,周期越小。磁力显微结果显示,之字形钴线的特殊几何外形对其磁畴分布产生了限制作用,利用外磁场对样品进行磁化可以使钴线内部磁畴分布更加规则。对钴线弯折位置做的选区电子衍射得到了夹角为30°的两套六次对称多晶衍射弧,而在每条短线上则只得到了一套衍射斑点。这说明,在钴线的弯折位置可能存在孪晶。另外,钴线上不同短线的生长方向均沿着[11(2)0]的相邻等效方向。以上两者共同决定了钴线弯折角度大约为90°。需要指出,由于样品只是具有择优取向的多晶结构,因此弯折角度会在90°附近稍有涨落。
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