3.4纳米材料的磁学性能3.4.1磁学性能的尺寸效应磁性是物质的基本属性磁性材料是古老而年轻的功能材料司南利用天然磁石琢磨而成，重心位于底部正中，底盘光滑，四周刻有二十四向，使用时把长勺放在底盘上，用手轻拨，停下后长柄就指向南方地磁起源？各种假说宇航员头盔的密封是纳米磁性材料的最早的重要应用之一----磁性液体许多生物体内就有天然的纳米磁性粒子物质的磁性从何而来？电子的自转会使电子本身具有磁性，成为一个小小的磁铁，具有N极和S极。少数物质（例如铁、钴、镍），它们的原子内部电子在不同自转方向上的数量不一样，这样，在自转相反的电子磁矩互相抵消以后，还剩余一部分电子的磁矩没有被抵消，这样，整个原子具有总的磁矩。同时，由于一种被称为“交换作用”的机理，这些原子磁矩之间被整齐地排列起来，整个物体也就有了磁性。磁学性能的尺寸效应磁学性能的尺寸效应例如：纳米丝磁性粒子通常总是以偶极子（南北两极）的形式成对出现，把一根磁棒截成两段，可以得到两根新磁棒，它们都有南极和北极。事实上，不管你怎样切割，新得到的每一段小磁铁总有两个磁极。什么是矫顽力？对于大致球形的晶粒当晶粒尺寸大于单畴尺寸时，矫顽力HC与平均晶粒尺寸D的关系为：当纳米材料的晶粒尺寸小于某一尺寸后，矫顽力随晶粒的减小急剧降低。此时矫顽力与晶粒尺寸的关系为：左图补充了Fe和Fe-Co合金微粒在1～1000nm范围内矫顽力HC与微粒平均尺寸D之间的关系，图中同时给出了剩磁比与D的关系。超顺磁性当铁磁质达到磁饱和状态后，如果减小磁化场强H，介质的磁化强度M（或磁感应强度B）并不沿着起始磁化曲线减小，M（或B）的变化滞后于H的变化。这种现象叫磁滞。处于超顺磁状态的材料具有两个特点：1）无磁滞迴线2）矫顽力等于零材料的尺寸是该材料是否处于超顺磁状态的决定因素，而超顺磁性具有强烈的尺寸效应。同时，超顺磁性还与时间和温度有关。超顺磁性限制对于磁存贮材料是至关重要的。如果1bit的信息要在一球形粒子中存贮10年，则要求微粒的体积饱和磁化强度、居里温度与磁化率铁磁质的磁化微米晶的饱和磁化强度对晶粒或粒子的尺寸不敏感。不同晶粒铁酸镍的磁化曲线图.饱和磁化强度与矫顽力随Fe90W10晶粒尺寸的变化什么是居里温度？对于所有的磁性材料来说，并不是在任何温度下都具有磁性。一般地，磁性材料具有一个临界温度Tc（居里温度）。T>Tc时，由于原子的剧烈热运动，原子磁矩的排列是混乱无序的。T<Tc时，原子磁矩排列整齐，产生自发磁化。T<Tc铁磁性，与材料有关的磁场很难改变。纳米材料通常具有较低的居里温度图.钆纳米晶体中居里温度改变值随平均晶粒尺寸的变化什么是磁化率？每个微粒所含的电子数可为奇或偶。电子数为奇或偶数的粒子的磁性有不同的温度特点和尺寸规律3.4.2巨磁电阻效应巨磁电阻效应巨磁电阻效应普通材料的磁阻效应很小。1992年，Berkowitz等人在Cu-Co等颗粒膜中也观察到GMR效应。2007年诺贝尔物理奖——巨磁电阻。“巨磁电阻”效应，也就是指在一个巨磁电阻系统中，非常弱小的磁性变化就能导致巨大的电阻变化的特殊效应。而我们知道，如果想要制造容量越来越大、体积越来越小的硬盘，必须解决如何将弱小的磁信号变化放大为清晰的电信号的棘手问题。借助“巨磁电阻”效应，人们能够制造出更加灵敏的数据读出头，将越来越弱的磁信号读出来后因为电阻的巨大变化而转换成为明显的电流变化，使得大容量的小硬盘成为可能。2007年诺贝尔物理奖得主的获奖成果，离我们是如此之近。在我们背包中的笔记本电脑里，在我们口袋中的音乐播放器里，我们都能分享到这一伟大成果所带来的福祉。目前，已发现具有GMR效应的材料主要有多层膜、自旋阀、颗粒膜、非连续多层膜、氧化物超巨磁电阻薄膜等五大类。GMR,CMR,TMR效应将在小型化和微型化高密度磁记录读出头、随机存储器和传感器中获得应用。多层膜的GMR效应1）铁磁性导体/非铁磁性导体超晶格中，铁磁性导体层之间构成自发磁化矢量的反平行结构（零磁场），相邻磁层磁矩的相对取向能够在外磁场作用下发生改变。2）金属超晶格的周期（每一重复的厚度，即调制波长）应比载流电子的平均自由程短。GMR效应对于非磁性导体隔离层的厚度十分敏感。在任意单位下，相对于隔离层厚度，最大MR比呈现出振动特性。随非磁导体隔离层厚度的增加，电阻变化趋缓。对于Co/Cu系统来说，P1、P2、P3三个峰的位置分别在1nm、2nm、3nm附近，显示出较好的周期性。用Mott关于铁磁性金属电导的理论（二流体模型）来解释。在铁磁金属中，导电的s电子要受到磁性原子磁矩的散射作用，散射的几率取决于：导电的s电子自旋方向与固体中磁性原子磁矩方向的相对取向。自旋方向与