Ga_(2-x)Fe_(x)O_(3) 单相多铁性及室温磁电耦合效应的研究进展

在单相多铁材料中,利用电场代替磁场来可逆控制磁性这一手段是实现下一代高密度、低功耗磁电多功能器件的理想方法。然而,目前所发现的单相多铁材料大多数都表现出了弱的室温铁电性、铁磁性或者低于室温的磁电工作温度,这严重限制了其在实际生产中的应用。近年来的研究发现,具有强磁电(ME)耦合的第Ⅱ类室温单相多铁Ga_(2-x)Fe_(x)O_(3),其剩余铁电极化强度(Pr)和饱和磁化强度(Ms)在最优的条件下分别可以达到25μC/cm^(2)和1.2μB/f.u.,因而是一种极有可能同时解决上述问题的新型替代材料。首先介绍了单相多铁材料的研究现状以及潜在的应用;然后总结了Ga_(2-x)Fe_(x)O_(3)材料单相多铁性和ME耦合效应的研究历程;最后,围绕Ga_(2-x)Fe_(x)O_(3)未来面临的关键科学问题和挑战进行了详细讨论。

纳米结构ZnO-Co薄膜的磁性和磁电阻性质

为揭示ZnO-Co薄膜结构与性能之间的关系,采用磁控溅射方法通过改变基片温度,制备了具有不同颗粒尺寸的ZnOCo薄膜,并对其结构、磁性和磁电阻性质进行了研究。结果表明:所有样品均显示颗粒膜结构;随着温度的升高,样品中Co颗粒尺寸逐渐增大,样品的矫顽力和饱和磁化强度逐渐改善,电阻和磁电阻效应均迅速减小;较低温度下沉积的薄膜具有大的室温磁电阻效应,其符合隧穿机制,而较高温度下沉积的薄膜具有小的磁电阻值,这可能与金属导电有关。改变沉积温度可以调节ZnO-Co薄膜中Co纳米颗粒的尺寸,进而调制薄膜的磁性、电阻和磁电阻效应。

化学气相沉积法制备二维Cr_(2)S_(3)纳米片及其磁性研究

以三氯化铬和硫粉为原料,采用常压化学气相沉积法(CVD)成功制备出了二维Cr_(2)S_(3)纳米片,并对Cr_(2)S_(3)纳米片表面形貌、晶体结构、宏观磁性等进行系统研究。结果表明:二维Cr_(2)S_(3)纳米片光学形貌以三角形为主,尺寸最大可达到156.8μm,厚度最小为2.59 nm(约2个单元晶胞厚);晶体结构为菱方相结构,类似于单斜NiAs型晶体结构;磁性测试表明:菱方相的二维Cr_(2)S_(3)低温下呈亚铁磁性,面内为磁易轴方向,其奈尔温度约等于120 K,75 K时饱和磁化强度最大;在空气中放置1个月后二维Cr_(2)S_(3)纳米片依然保持较好的磁性性能,是一种环境稳定的二维磁性材料。

自支撑BaTiO_(3)薄膜的制备与铁电性研究

BaTiO_(3)(BTO)铁电氧化物薄膜因其在非易失信息存储、智能传感、生物医疗、纳米发电机等领域潜在的应用而受到了人们的广泛关注。目前,为了保证BTO薄膜能高质量外延生长,通常选择晶格匹配的氧化物做衬底,所生长的薄膜与衬底之间存在较强的化学键,很难将其从衬底上大面积地剥离下来,所以也无法实现下一步转移到可用于高密度器件集成的的Si基衬底上。文章使用水溶Sr_(3)Al_(2)O_(6)(SAO)为牺牲层的方法,将生长在Nb-SrTiO_(3)(Nb-STO)衬底上的BTO外延薄膜可以大面积、无褶皱地转移到Si基衬底上。并且,转移后的自支撑薄膜仍然保持了完美的结晶度和室温铁电性。此结论对自支撑氧化物薄膜在高密度铁电器件的集成方面奠定了一定的基础。

基于纳米金/石墨烯修饰电极的免疫传感器检测噻虫啉

该文研制了纳米金/石墨烯/噻虫啉电化学免疫传感器。运用循环伏安法和电化学交流阻抗谱法对修饰过程中电极表面的电化学性质进行了研究。通过间接竞争法检测了杀虫剂噻虫啉,最低检出限为0.7 ng·mL^(-1),线性范围为10~5000 ng·mL^(-1)。经检测纳米金/石墨烯/噻虫啉电化学免疫传感器具有良好的重复性与稳定性,并对香蕉、西红柿、苹果和大米实际样品进行测定,回收率范围87.1%~113.4%。

Sc_(3)C_(2)@C_(80)与[12]CPP纳米环之间非共价相互作用的理论研究

金属富勒烯嵌套于纳米环内形成主客体系,二者产生的主客体作用可诱导内部金属团簇的取向,影响分子的电子结构等性质.本文基于密度泛函理论(DFT)计算,对碳纳米环[12]CPP(CPP=环苯撑,主体分子)与金属富勒烯Sc_(3)C_(2)@C_(80)(客体分子)形成的主客体配合物的结构和性质进行了研究.计算结果表明,在最稳定构型中,[12]CPP呈现椭圆形, Sc_(3)C_(2)@C_(80)与[12]CPP的质心不再重合. Sc_(3)C_(2)@C_(80)在[12]CPP内旋转对构型总体能量影响仅为13.51 kJ/mol.[12]CPP向Sc_(3)C_(2)@C_(80)转移了0.03 e,主客体分子之间存在弱相互作用.对二者相互作用的分析结果表明,色散作用在弱相互作用中占主导地位.

层状磁性拓扑绝缘体VBi_(2)Te_(4)的第一性原理研究

层状磁性拓扑绝缘体MnBi_(2)Te_(4)的发现为探索新颖的量子现象(例如,量子反常霍尔效应和轴子绝缘态等)提供了新的契机。本文利用第一性原理软件VASP系统研究了与MnBi_(2)Te_(4)具有相同构型的新型磁性材料VBi_(2)Te_(4)的磁学、电学以及拓扑特性。研究结果发现VBi_(2)Te_(4)可以稳定存在,并且该材料可以很容易剥离至单层。计算结果表明块体VBi_(2)Te_(4)的层间耦合为反铁磁排列,当不考虑自旋轨道耦合作用时,该体系具有约为0.7 eV的能隙;而考虑自旋轨道耦合作用后,体系的能隙变为0.12 eV且伴随有能带的翻转。进一步的拓扑不变量(Z_(2))和边界态计算表明反铁磁VBi_(2)Te_(4)是三维磁性拓扑绝缘体。对于块体铁磁的VBi_(2)Te_(4),当不考虑自旋轨道耦合作用时,体系的能隙约为0.66 eV;同样地,自旋轨道耦合作用可以引起能带的翻转。随后的边界态计算证明铁磁的VBi_(2)Te_(4)也具有拓扑特性。该研究工作表明,与层状磁性拓扑绝缘体MnBi_(2)Te_(4)一样,磁性VBi_(2)Te_(4)块体材料也具有拓扑特性,其有望来实现各种有趣的拓扑量子态。

NiPt/Pt多层纳米线优异的电催化甲醇甲酸性能

为了减少Pt催化剂在燃料电池催化过程中的使用量、增加其催化活性,选择储量丰富、成本低廉的过渡金属Ni与Pt复合,通过交替改变电沉积过程中的沉积电压,在多孔阳极氧化铝(porous anodic alumina,PAA)模板内制备NiPt/Pt多层纳米线阵列。利用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、透射电子显微镜(transmission electron microscope,TEM)和X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)仪等对样品的形貌及结构进行剖析,用电化学工作站对其电催化甲醇、甲酸的性能进行研究。结果表明,NiPt/Pt多层纳米线阵列中,Pt片段和NiPt片段呈周期性排布,催化甲醇和甲酸时最大氧化电流分别为50.2 mA/cm^(2)和102.0 mA/cm^(2),比单质Pt纳米线展现出更强的催化活性,这种增强的催化活性可能源于多层结构导致的较多Pt催化活性位点及Ni、Pt金属间的协同催化作用。

^(15)N同位素标记的金属氮化物内嵌富勒烯的合成与表征

利用电弧放电法制备了^(15)N同位素标记的金属氮化物内嵌富勒烯. 制备过程中使用^(15)NH_(4)Cl作为固体氮源, 基于电弧放电方法在氦气气氛中将石墨、金属钪和^(15)NH_(4)Cl高温原子化, 合成得到Sc3^(15)N@C_(80)和Sc3^(15)N@C_(78). 利用高效液相色谱法进行分离纯化, 并通过质谱、紫外可见吸收光谱和核磁共振碳谱表征了Sc3^(15)N@C_(80), 验证了^(15)N的成功标记, 还表明合成的Sc3^(15)N@C_(80)具有I_(h)-C_(80)碳笼. 所制备的^(15)N标记的金属氮化物内嵌富勒烯中含有98%以上的^(15)N同位素, 将拓展金属富勒烯材料在同位素示踪等领域的应用.