本發(fā)明涉及納米材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種調(diào)控磁性納米環(huán)尺寸的方法。

背景技術(shù)：

納米尺寸的磁性材料在許多器件中發(fā)揮著越來越重要的作用。這種材料由于其各自獨特的形狀和尺寸決定了其內(nèi)在的磁化狀態(tài)和磁矩翻轉(zhuǎn)特性，在很多器件中起著重要作用。納米環(huán)作為一種非常特殊的納米材料，由于其幾何形狀上的高度對稱性和結(jié)構(gòu)上的自封閉性，表現(xiàn)出諸多的特殊性能，如電阻隨外場振蕩的aharonov-bhom效應(yīng)，對磁場或電場敏感的納米天線，具有類似核外電子的殼層能級結(jié)構(gòu)，近紅外區(qū)域頻率可調(diào)的表面等離子激元。如果引入磁性，納米環(huán)會呈現(xiàn)出更豐富的物理、化學性質(zhì)，例如其會形成兩種非常穩(wěn)定的磁狀態(tài)：渦旋態(tài)和雙疇態(tài)，鐵磁性納米環(huán)中的量子輸運性質(zhì)；鐵磁性納米環(huán)中的巨磁電阻效應(yīng)和自旋轉(zhuǎn)移矩效應(yīng)，以及用作垂直磁隨機存儲器單元等。這些特性使其在光、電、磁、催化、信息存儲和微波吸收等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價值。納米環(huán)的性能主要受到環(huán)的形貌、尺寸、組成以及質(zhì)量的影響。特別是納米環(huán)中的磁化狀態(tài)，例如渦旋態(tài)和雙疇態(tài)，它們之間的變化取決于納米環(huán)內(nèi)外徑的大小和厚度以及材料本身的性質(zhì)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種調(diào)控磁性納米環(huán)尺寸的方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種調(diào)控磁性納米環(huán)尺寸的方法，包括如下步驟：

步驟一：選取一種基片作為薄膜樣品的襯底，切割成長10mm、寬10mm、厚0.5mm的大??；丙酮超聲波清洗10-15min，再用去離子水超聲波清洗10-15min，最后用無水乙醇超聲波清洗10-15min，清洗干凈后取出基片用高純氮氣吹干備用；

步驟二：選取一種聚苯乙烯微球乳液，按照乳液與去離子水體積比1:200進行稀釋后，在超聲波清洗器中超聲分散10-15min，使聚苯乙烯微球充分分散；將分散好的聚苯乙烯微球溶液滴在步驟一中清洗干凈的基片上，放置干燥箱中干燥；

步驟三：待基片充分干燥后，將其放入磁控濺射腔內(nèi)，用磁控濺射方法先在基片上沉積非磁性過渡層，再沉積一層磁性薄膜，將基片放置于離子刻蝕儀器中，對薄膜進行離子減??；由于聚苯乙烯納米微球是有機材料，難以刻蝕，且聚苯乙烯微球?qū)涛g離子有散射效應(yīng)，所以聚苯乙烯微球?qū)λ旅娴谋∧げ牧掀鸬秸趽趸虮Ｗo作用，避免薄膜被高能離子完全刻蝕掉。而未被聚苯乙烯微球遮擋的部分，薄膜將會被完全刻蝕掉，所以在聚苯乙烯納米微球周圍會形成環(huán)狀的磁性納米結(jié)構(gòu)，即磁性納米環(huán)。聚苯乙烯微球根據(jù)需要與否，用丙酮溶液將其從基片上清洗掉，得到磁性納米環(huán)。

進一步的，所述步驟二中的基片與水平面成15°角放置在干燥箱中干燥，干燥箱溫度維持在55℃。

進一步的，所述磁性納米環(huán)的材料是鐵、鈷、鎳單質(zhì)鐵磁性金屬中的任意一種，或是以鐵、鈷、鎳為基體的鐵磁性合金材料中的任意一種，或是鐵磁性氧化物中的任意一種。

進一步的，所述非磁性過渡層材料是非磁性金屬，非磁性絕緣體，或其他非磁性合金、氧化物材料。

進一步的，所述基片材料為非磁性絕緣體材料。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：該磁性納米環(huán)調(diào)控方法工藝簡單，根據(jù)需求，通過控制聚苯乙烯微球的大小和非磁性層的厚度，可以制備各種尺寸和材質(zhì)的磁性納米環(huán)，滿足不同的試驗需要和科學研究。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的可調(diào)控尺寸磁性納米環(huán)的制備方法示意圖。

圖2為本發(fā)明利用直徑200nm的聚苯乙烯微球和20nm非磁性過渡層制備磁性納米環(huán)的示意圖。

圖3為本發(fā)明利用直徑500nm的聚苯乙烯微球和20nm非磁性過渡層制備磁性納米環(huán)的示意圖。

圖4為本發(fā)明利用直徑500nm的聚苯乙烯微球和60nm非磁性過渡層制備磁性納米環(huán)的示意圖。

圖5基片上制備的單分散的直徑200nm的聚苯乙烯微球。

圖6利用直徑200nm的聚苯乙烯微球和20nm非磁性過渡層制備的鈷鐵磁性納米環(huán)。

圖7利用直徑500nm的聚苯乙烯微球和20nm非磁性過渡層制備的坡莫合金磁性納米環(huán)。

圖8利用直徑500nm的聚苯乙烯微球和60nm非磁性過渡層制備的坡莫合金磁性納米環(huán)。

具體實施方式

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。

實施例1

本實施例是用直徑200納米的聚苯乙烯微球和20納米非磁性過渡層調(diào)控鈷鐵磁性納米環(huán)的尺寸，如圖1和圖2所示，包括如下步驟：

(1)選取0.5mm厚的二氧化硅薄片，將其切割為10mm×10mm的薄片作為絕緣基片，將基片依次以丙酮、去離子水和無水乙醇作為介質(zhì)采用超聲波清洗，在將基片用高純氮氣吹干備用；

(2)選取直徑200nm的聚苯乙烯納米微球乳液，聚苯乙烯微球乳液與去離子水按體積比1:200進行稀釋，然后放在超聲波清洗器中進行充分分散，超聲波清洗器的工作功率為100w。經(jīng)稀釋和超聲分散后，將分散好的聚苯乙烯微球溶液滴在步驟(1)中處理好的二氧化硅基片上，再放置于干燥箱中，基片在干燥箱中與水平面保持15°角，干燥箱溫度維持在55℃。

(3)將基片放入磁控濺射鍍膜中，把鍍膜室抽到2×10^-5帕斯卡的真空度，用磁控濺射方法先在基片上沉積20nm厚的銅金屬薄膜作為非磁性過渡層，再沉積一層40nm厚的鈷鐵磁性層，工作氣體為0.5pa的氬氣。隨后取出，將基片放置于離子刻蝕儀中，刻蝕儀真空度抽至5×10^-4pa，然后通入氬氣，保持工作氣壓2×10^-2pa。設(shè)置離子刻蝕工藝參數(shù)為離子能量450ev，束流密度為0.5ma/cm²，保持5min使離子束流穩(wěn)定后對薄膜進行垂直減薄，減薄過程中樣品臺自轉(zhuǎn)速度9rpm，工作時間為2min。

刻蝕完成后取出基片，放入丙酮溶液中超聲清洗2min，去除基片上的聚苯乙烯微球，即得到鈷鐵合金磁性納米環(huán)。

制備得到的鈷鐵磁性納米環(huán)的尺寸如下：

磁性納米環(huán)的外徑：d＝200nm，內(nèi)徑：

寬度：w＝(d-d)/2＝20nm，厚度t＝40nm。

圖6為實施例1中利用200nm的聚苯乙烯微球和20nm非磁性過渡層制備的鈷鐵合金磁性納米環(huán)的掃描電鏡照片，納米環(huán)尺寸為外徑195nm，內(nèi)徑162nm，寬度16.5nm。

實施例2

本實施例用直徑500nm的聚苯乙烯微球和20nm非磁性過渡層調(diào)控坡莫合金磁性納米環(huán)的尺寸，如圖1和圖3所示，包括如下步驟：

(1)選取0.5mm厚的石英玻璃，將其切割為10mm×10mm的薄片作為絕緣基片，將基片依次以丙酮、去離子水和無水乙醇作為介質(zhì)采用超聲波清洗，在將基片用高純氮氣吹干備用；

(2)選取直徑500nm的聚苯乙烯納米微球乳液，聚苯乙烯微球乳液與去離子水按體積比1:200進行稀釋，然后放在超聲波清洗器中進行充分分散，超聲波清洗器的工作功率為100w。經(jīng)稀釋和超聲分散后，將分散好的聚苯乙烯微球溶液滴在步驟(1)中處理好的石英玻璃基片上，再放置于干燥箱中，基片在干燥箱中與水平面保持15°角，干燥箱溫度維持在55℃。

(3)將基片放入磁控濺射鍍膜中，把鍍膜室抽到2×10^-5pa的真空度，用磁控濺射方法先在基片上沉積20nm厚的二氧化硅薄膜作為非磁性過渡層，再沉積一層40nm厚的坡莫合金磁性層(如圖3)，工作氣體為0.5pa的氬氣，隨后取出，將基片放置于離子刻蝕儀中，刻蝕儀真空度抽至5×10^-4pa，然后通入氬氣，保持工作氣壓2×10^-2pa。設(shè)置離子刻蝕工藝參數(shù)為離子能量450ev，束流密度為0.5ma/cm²，保持5min使離子束流穩(wěn)定后對薄膜進行垂直減薄，減薄過程中樣品臺自轉(zhuǎn)速度9rpm，工作時間為2min。

刻蝕完成后取出基片，放入丙酮溶液中超聲清洗2min，去除基片上的聚苯乙烯微球，即得到坡莫合金磁性納米環(huán)。

制備得到的坡莫合金磁性納米環(huán)的尺寸如下：

磁性納米環(huán)的外徑：d＝500nm，內(nèi)徑：

寬度：w＝(d-d)/2＝115nm，厚度t＝40nm。

圖7為實施例2中利用500nm的聚苯乙烯微球和20nm非磁性過渡層制備的坡莫合金磁性納米環(huán)的掃描電鏡照片，納米環(huán)尺寸為外徑520nm，內(nèi)徑272nm，寬度124nm。

實施例3

本實施例用直徑500nm的聚苯乙烯微球和60nm非磁性過渡層調(diào)控坡莫合金磁性納米環(huán)的尺寸，如圖1和圖4所示，包括如下步驟：

(1)選取0.5mm厚的石英玻璃，將其切割為10mm×10mm的薄片作為絕緣基片，將基片依次以丙酮、去離子水和無水乙醇作為介質(zhì)采用超聲波清洗，在將基片用高純氮氣吹干備用；

(2)選取直徑500nm的聚苯乙烯納米微球乳液，聚苯乙烯微球乳液與去離子水按體積比1:200進行稀釋，然后放在超聲波清洗器中進行充分分散，超聲波清洗器的工作功率為100w。經(jīng)稀釋和超聲分散后，將分散好的聚苯乙烯微球溶液滴在步驟(1)中處理好的石英玻璃基片上，再放置于干燥箱中，基片在干燥箱中與水平面保持15°角，干燥箱溫度維持在55℃。

(3)將基片放入磁控濺射鍍膜中，把鍍膜室抽到2×10^-5pa的真空度，用磁控濺射方法先在基片上沉積60nm厚的二氧化硅薄膜作為非磁性過渡層，再沉積一層40nm厚的坡莫合金磁性層(如圖4)，工作氣體為0.5pa的氬氣，隨后取出，將基片放置于離子刻蝕儀中，刻蝕儀真空度抽至5×10^-4pa，然后通入氬氣，保持工作氣壓2×10^-2pa。設(shè)置離子刻蝕工藝參數(shù)為離子能量450ev，束流密度為0.5ma/cm²，保持5min使離子束流穩(wěn)定后對薄膜進行垂直減薄，減薄過程中樣品臺自轉(zhuǎn)速度9rpm，工作時間為2min。

刻蝕完成后取出基片，放入丙酮溶液中超聲清洗2min，去除基片上的聚苯乙烯納米微球，即得到坡莫合金磁性納米環(huán)。

制備得到的坡莫合金磁性納米環(huán)的尺寸如下：

磁性納米環(huán)的外徑：d＝500nm，內(nèi)徑：

寬度：w＝(d-d)/2＝66.5nm，厚度t＝40nm。

圖8為實施例3中利用500nm的聚苯乙烯微球和60nm非磁性過渡層制備的坡莫合金磁性納米環(huán)的掃描電鏡照片，納米環(huán)尺寸為外徑518nm，內(nèi)徑370nm，寬度74nm。

以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進行多樣的變更以及修改。本項發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。