納米復(fù)合磁體的界面結(jié)構(gòu)、交換耦合和反磁化的研究進(jìn)展*

李柱柏，張雪峰,2，李永峰,2，劉艷麗,2，趙　倩,2

(1. 內(nèi)蒙古科技大學(xué) 白云鄂博礦多金屬資源綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，內(nèi)蒙古 包頭 014010;

2. 內(nèi)蒙古科技大學(xué) 數(shù)理與生物工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014010)

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納米復(fù)合磁體的界面結(jié)構(gòu)、交換耦合和反磁化的研究進(jìn)展*

李柱柏1，張雪峰1,2，李永峰1,2，劉艷麗1,2，趙倩1,2

(1. 內(nèi)蒙古科技大學(xué) 白云鄂博礦多金屬資源綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，內(nèi)蒙古 包頭 014010;

2. 內(nèi)蒙古科技大學(xué) 數(shù)理與生物工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014010)

摘要：納米復(fù)合磁體的磁能積能得到大幅度提高，前提是晶粒之間存在良好的交換耦合作用，而交換耦合作用與軟、硬磁相之間的界面密切相關(guān)。對(duì)Nd2Fe(14)B、Sm-Co、FePt基納米復(fù)合磁體界面交換耦合和反磁化的研究展開論述。在不同的條件下，界面結(jié)構(gòu)的匹配性、界面原子擴(kuò)散、晶間的非晶相、界面非磁性層、界面晶格弛豫等可能有利于改善界面的結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)交換耦合作用，進(jìn)而對(duì)反磁化過(guò)程產(chǎn)生影響。反磁化的不可逆過(guò)程主要發(fā)生在硬磁相內(nèi)，但與軟、硬磁相界面特性密切相關(guān)。不可逆反磁化在一定程度上決定了磁體的矯頑力，它可通過(guò)改善界面結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控。本文旨在對(duì)納米復(fù)合磁體界面的作用深入理解并期望能對(duì)磁體磁性能的優(yōu)化提供參考。

關(guān)鍵詞：納米復(fù)合磁體；界面結(jié)構(gòu)；交換耦合；原子擴(kuò)散；反磁化

0引言

納米復(fù)合磁體可將軟、硬磁相的磁性通過(guò)晶間交換耦合作用結(jié)合在一起[1-6]，其中硬磁相具有高磁晶各向異性，軟磁相提供高飽和磁化強(qiáng)度。交換耦合作用可阻止軟磁相的反磁化，使兩相的反磁化過(guò)程趨于一致[7-9]，這樣磁體磁能積可大幅度提高。但是交換耦合作用很復(fù)雜，它不僅與晶粒尺寸相關(guān)，還與磁體的交換常數(shù)、磁晶各向異性、界面特性等密切相關(guān)。一般認(rèn)為軟磁相晶粒尺寸不超過(guò)硬磁相磁疇壁厚度的兩倍，兩相才能良好耦合，反磁化過(guò)程才可能趨于一致[7]。

實(shí)際上，軟、硬磁相晶粒的交換耦合作用是通過(guò)晶間界面來(lái)實(shí)現(xiàn)的[10-12]，理論上認(rèn)為界面原子共格兩相的耦合作用和磁性能才能達(dá)到最佳[7,13]。因?yàn)?NdPr)2Fe14B/α-Fe、Sm-Co/α-Fe、FePt/α-Fe、FePt/Fe3Pt軟、硬磁相復(fù)合磁體可獲得高的磁性能，它們的界面結(jié)構(gòu)以及界面交換耦合作用得到廣泛研究。但是由于晶間界面非常復(fù)雜，界面結(jié)構(gòu)的微小變化可能會(huì)導(dǎo)致耦合作用和反磁化過(guò)程顯著改變，晶間結(jié)構(gòu)的調(diào)控以及界面交換耦合作用成為非常關(guān)鍵的科學(xué)問(wèn)題。本文針對(duì)(NdPr)2Fe14B/α-Fe、Sm-Co、FePt基復(fù)合磁體的界面結(jié)構(gòu)、交換耦合和反磁化過(guò)程的研究近況展開論述，期望有助于深入理解交換耦合作用和反磁化機(jī)理，為進(jìn)一步調(diào)控界面結(jié)構(gòu)和提高磁性能提供參考。

1界面結(jié)構(gòu)和交換耦合作用

1.1Nd2Fe14B基納米復(fù)合磁體

一般認(rèn)為界面原子共格兩相的耦合作用才能達(dá)到最佳，但很多實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)在(NdPr)2Fe14B基納米復(fù)合磁體中晶間適量的非晶相可提高兩相的耦合作用和磁性能[14-16]。S. D. Li等[17]研究認(rèn)為與完全晶化的快淬薄帶相比，晶間有少量非晶相的磁性能要好一些。采用甩帶的方法制備非晶薄帶，然后通過(guò)退火可使非晶晶化。圖1為BR1、FR1、BR2和FR2的反磁化曲線，BR1和BR2分別為Nd4.5Fe77B18.5薄帶在632 ℃退火3和10 min所得Nd2Fe14B/Fe3B復(fù)合磁體。

圖1　BR1、FR1、BR2和FR2的反磁化曲線[17]

Fig 1 Demagnetization curves of BR1, BR2, FR1, and FR2[17]

FR1和FR2分別為Nd9Fe85B6Zr0.5薄帶在620 ℃退火3和10 min獲得的Nd2Fe14B/α-Fe復(fù)合磁體。BR1和FR1樣品由于退火時(shí)間短只是部分晶化，但它們的反磁化曲線的方形度比完全晶化的BR2、FR2要好。D. T. Ngo等[18]在680 ℃退火15 min獲得的Pr2Fe14B/α-FeCo快淬薄帶磁性能最佳，高分辨透射電鏡(HRTEM)研究發(fā)現(xiàn)在晶粒邊界存在少量的非晶相(見圖2)，研究認(rèn)為少量的非晶相可提高軟、硬磁相晶粒之間的交換耦合作用。X. Y. Zhang等[19]運(yùn)用正電子湮沒壽命譜研究認(rèn)為在Nd2Fe14B/α-Fe納米復(fù)合磁體的晶間界面可存在兩種結(jié)構(gòu)，一種是界面的非晶結(jié)構(gòu)；另一種是晶間松散的原子結(jié)構(gòu)，其中的空位大于1～2個(gè)Fe原子的體積。這種界面松散的結(jié)構(gòu)源于退火溫度過(guò)高，造成原子間距過(guò)大，界面原子交換作用減弱。從上述的研究來(lái)看，由于交換耦合源于原子核外電子之間的作用，應(yīng)與晶格常數(shù)密切相關(guān)。由于兩相的結(jié)構(gòu)差異很大，如果兩相原子在界面直接匹配，原子間距可能過(guò)大或過(guò)小，所以界面之間的非晶結(jié)構(gòu)可使原子間距適宜，交換常數(shù)趨于最大，從而使兩相晶間交換耦合作用達(dá)到最佳。研究認(rèn)為，晶間結(jié)構(gòu)馳豫可使相與相之間、晶粒之間的結(jié)晶學(xué)相關(guān)性提高，結(jié)構(gòu)缺陷得以部分消除，從而晶間耦合作用增大，磁性能能適度提高[20]。

圖2Pr2Fe14B/α-FeCo快淬薄帶(680 ℃退火15 min)的高分辨透射電鏡圖，插圖為晶間非晶相的衍射環(huán)[18]

Fig 2 HRTEM bright-field micrographs at different areas (optimal annealing at 680 ℃ for 15 min). The inset shows the nanodiffraction in the remaining amorphous phase at grain boundary[18]

通過(guò)磁控濺射方法可將硬磁相和軟磁相分別沉積到基片上，制備出各向異性的Nd2Fe14B/α-Fe納米復(fù)合磁體，但是由于原子在界面擴(kuò)散硬磁相的結(jié)構(gòu)和取向被破壞，磁體矯頑力降低[21]。在軟、硬磁相界面之間沉積2 nm的Mo層可抑制富Nd相和α-Fe之間的擴(kuò)散[22-23]，HRTEM顯示軟、硬界面微結(jié)構(gòu)不一致連貫，但磁滯回線方形度很好。研究發(fā)現(xiàn)，交換耦合作用對(duì)界面非磁性層的厚度比較敏感，隨著Mo層厚度的增加，交換耦合長(zhǎng)度減小，但界面Mo層厚度在4～6 nm區(qū)間交換耦合長(zhǎng)度變化并不顯著[24]，這說(shuō)明這種多層膜的交換耦合是間接和長(zhǎng)程的，交換耦合和靜磁耦合同時(shí)存在，通過(guò)沉積適宜的非磁性層厚度調(diào)控這兩種耦合作用，復(fù)合磁體磁性能可得到增強(qiáng)[25]。采用此方法在界面沉積Ta制備的[Nd2Fe14B/Ta/Fe67Co33]N多層膜[26]，矯頑力達(dá)到1.38 T，剩磁(1.61±0.05) T，磁能積可達(dá)到(486±15) kJ/m3。

上述研究證明通過(guò)非磁性材料作為媒介，軟、硬磁相也可產(chǎn)生良好的耦合作用。與上述不同的是，在復(fù)合磁體Nd2Fe14B/Fe中添加Co，根據(jù)磁性和TEM分析，Co的添加可促進(jìn)Co/Fe原子在界面擴(kuò)散，改善界面特性，使Nd2(FeCo)14B相和α-(FeCo)相的磁性在界面過(guò)渡更加平緩，從而顯著提高磁體磁性能[27]。作者認(rèn)為，Nd2(FeCo)14B和α-(FeCo)分別比Nd2Fe14B、α-Fe的交換常數(shù)大，因此Co元素添加和擴(kuò)散可增加交換耦合作用，這也是磁性能增強(qiáng)的原因之一。

1.2Sm-Co基納米復(fù)合磁體

Sm-Co基復(fù)合磁體的界面以及耦合作用也得到大量研究。SmCo5具有高的磁晶各向異性，但SmCo5和Fe層兩相容易混合形成Sm(Fe,Co)5，導(dǎo)致磁晶各向異性大大降低、磁性能下降。實(shí)驗(yàn)證明在兩相界面間沉積Cu可阻止Fe原子向Sm-Co層中擴(kuò)散[28]，這是因?yàn)镃u和Fe之間不互融。當(dāng)然，Cu會(huì)融于Sm-Co相，但少量的Cu取代Co不會(huì)使磁晶各向異性大幅度降低。圖3為通過(guò)能量過(guò)濾透射電子顯微鏡(EFTEM)獲得的元素分布圖譜，可以清晰地看見軟磁相(Fe層)和硬磁相層(Sm層)，根據(jù)元素分布，強(qiáng)度譜Cu因?yàn)椴蝗谟贔e而分布在SmCo5層，當(dāng)界面Cu層為0.5 nm磁能積最佳達(dá)到254.7 kJ/m3，比單相磁體理論極限2 292.5 kJ/m3要高。F. Shahzad等[29]通過(guò)在SmCo5和Fe層界面加0.3 nm的Mo層，磁能積也提高了45%。

但是，一些研究認(rèn)為在SmCo5/α-Fe納米復(fù)合磁體中界面原子的擴(kuò)散有利于提高磁性能[30-35]。采用高能球磨方法制備的SmCo5/α-Fe納米復(fù)合磁體，通過(guò)化學(xué)分析發(fā)現(xiàn)α-Fe(Co)納米晶嵌入在硬磁相Sm-(Co,Fe)晶內(nèi)，形成梯度性的界面，蒙特卡洛模擬證實(shí)Fe/Co原子相互擴(kuò)散使軟、硬磁相界面處的各向異性線性變化，從而使矯頑力提高[36]。通過(guò)第一性原理密度泛函計(jì)算表明，從能量的角度來(lái)說(shuō)兩相還是在一定程度上趨于混合的[37-38]，而且Fe-Co原子對(duì)之間的交換能比Sm(Co,Fe)5和α-(Fe,Co)中Fe-Fe之間和Co-Co之間的都要強(qiáng)[38]，根據(jù)這些研究，F(xiàn)e/Co在界面的混合是交換耦合作用和磁性能增強(qiáng)的重要原因。

圖3Sm-Co(9 nm)/Cu(0.5 nm)/Fe(5 nm)薄膜在500 ℃退火30 min的Sm、Fe、Co、Cu 能量損失譜和元素含量分布圖[28]

Fig 3 Electron energy loss spectroscopy (EELS) maps of Sm, Fe, Co and Cu of Sm-Co(9 nm)/Cu(0.5 nm)/Fe(5 nm) multilayer film annealed at 500 ℃ for 30 min and the intensity profile of the elements obtained from the EELS maps[28]

Sm2Co7相也具有較高的各向異性，通過(guò)磁控濺射外延生長(zhǎng)的各向異性Sm2Co7/Fe薄膜的界面結(jié)構(gòu)和磁性能得到廣泛研究[39-41]，當(dāng)Fe層在較低溫度100 ℃沉積時(shí)，軟、硬磁相界面銳利而且參差不齊，當(dāng)在高溫沉積時(shí)或經(jīng)過(guò)400 ℃退火會(huì)促進(jìn)界面原子相互擴(kuò)散和混合，因而形成梯度界面，從而增強(qiáng)磁能積[42]。Co/Fe之間的相互擴(kuò)散源于化學(xué)反應(yīng)驅(qū)動(dòng)，20% Fe取代Co從熱力學(xué)來(lái)說(shuō)是穩(wěn)定的[43]。Fe原子擴(kuò)散進(jìn)入Sm-Co層, 會(huì)在界面形成Sm(Co,Fe)5混合區(qū)[44]，還可觀察到外延共格的界面[45]，這種界面降低了晶格缺陷，從而增強(qiáng)了磁性能[44]。

1.3FePt基納米復(fù)合磁體

因?yàn)镕ePt具有高的磁晶各向異性，通過(guò)和高飽和磁化強(qiáng)度的α-Fe或Fe3Pt耦合磁能積能得到提高[46-52]。采用在軟、硬磁相界面加TaC、Cu、C或Si3N4層，通過(guò)退火使FePt層有序化成L10結(jié)構(gòu)時(shí)可防止界面的合金化，從而使磁能積得到提高[48-50]。由于兩相的結(jié)構(gòu)不同，在界面可能出現(xiàn)晶格弛豫的現(xiàn)象，采用第一性原理計(jì)算了Fe/FePt/Fe三層膜晶格弛豫的影響[51]。對(duì)在界面沒有產(chǎn)生晶格弛豫的磁體來(lái)說(shuō)，二維晶格常數(shù)不匹配，界面處的各向異性能降低了，但軟磁相Fe層的交換常數(shù)保持不變；對(duì)存在結(jié)構(gòu)弛豫的界面來(lái)說(shuō)，由于原子層間間距發(fā)生了變化，交換常數(shù)在Fe層變化較大，造成界面交換耦合作用減弱，因此反磁化過(guò)程變得不一致。

在FePt/Fe3Pt納米復(fù)合磁體中，L10結(jié)構(gòu)的FePt相具有面心四方fct結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)a=0.3861 nm，c=0.3788 nm，F(xiàn)e3Pt相為無(wú)序的面心立方fcc結(jié)構(gòu)或有序的L12結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)a=0.3730 nm。通過(guò)自組裝的方法可獲得FePt/Fe3Pt各向同性納米復(fù)合磁體[52]，磁能積達(dá)到1 592 kJ/m3，比單相磁體磁能積高50%。圖4為FePt/Fe3Pt界面的HRTEM圖，其中圖4(a)插圖為放大倍數(shù)更高的HRTEM圖、FePt (L10)在[001]方向的投影、Fe3Pt (L12)在〈001〉方向投影示意圖, 圖4(b)為顆粒內(nèi)部FePt相c軸取向不同，插圖為[100]或[010]方向的L10結(jié)構(gòu)投影[52]。軟磁相Fe3Pt納米晶與硬磁相FePt納米晶直接接觸，它們之間或者通過(guò)界面結(jié)合在一起，或者共存于一個(gè)晶粒之內(nèi)。如圖4(b)所示，即使在一個(gè)顆粒內(nèi)部，F(xiàn)ePt相的易軸c軸的取向可能是隨機(jī)不同的，但是FePt和Fe3Pt相有相同的取向，從HRTEM 圖可觀察到FePt/Fe3Pt之間的界面完全共格，沒有錯(cuò)配和位錯(cuò)，研究認(rèn)為這種微結(jié)構(gòu)是獲得良好磁性能的原因[52]。需要說(shuō)明的是，F(xiàn)ePt和Fe3Pt的結(jié)構(gòu)并不完全相同，采用在界面插入非磁性層的方法調(diào)控兩相耦合作用也可能獲得良好的磁性能。

上述研究主要針對(duì)界面成分、結(jié)構(gòu)對(duì)交換作用和磁性能的影響。其實(shí)界面成分、結(jié)構(gòu)是和反磁化過(guò)程聯(lián)系在一起的，而反磁化過(guò)程反映了軟磁相和硬磁相的反磁化行為的一致性，對(duì)其機(jī)理應(yīng)進(jìn)一步研究，以期能更深入理解界面、交換耦合和矯頑力的關(guān)系。

圖4　FePt/Fe3Pt界面的HRTEM圖

Fig 4 HRTEM images showing nanometer-scale FePt/Fe3Pt interfaces

2反磁化機(jī)理和界面的作用

由于實(shí)際磁體的矯頑力遠(yuǎn)小于理論值，一般認(rèn)為這是晶粒邊界存在缺陷使晶粒表層的磁晶各向異性降低造成的[53]。反磁化過(guò)程通常從晶粒邊界形核開始，矯頑力和形核場(chǎng)緊密相關(guān)，在較低的外磁場(chǎng)下晶粒邊界開始形成反磁化核，所以矯頑力遠(yuǎn)小于理論值。但同時(shí)晶粒邊界及界面對(duì)疇壁的移動(dòng)存在阻礙作用，應(yīng)該對(duì)磁疇的形核和矯頑力有不可忽視的影響[54]。在納米復(fù)合磁體中，由于兩相的磁晶各向異性相差很大，晶粒處于納米級(jí)，存在大量的界面，界面存在交換耦合作用，因此與傳統(tǒng)單相磁體相比反磁化過(guò)程和矯頑力機(jī)理更加復(fù)雜[55-58]。

對(duì)于理想的納米復(fù)合磁體，軟磁相和硬磁相的反磁化過(guò)程同時(shí)發(fā)生，所以矯頑力是軟、硬磁相磁晶各向異性的有效平均值[7]。但是實(shí)際上反磁化并不同步，反磁化核的形成從軟磁相內(nèi)部開始，所以矯頑力遠(yuǎn)小于理論值[53]。采用微磁學(xué)計(jì)算表明反磁化過(guò)程分為3步[59]：在過(guò)渡區(qū)反磁化疇的形核；磁疇壁在界面附近的位移；最后是從軟磁相到硬磁相磁疇壁的不可逆位移。V. Russier等[60]也提出磁疇壁在軟、硬磁相界面的收縮。這種磁反轉(zhuǎn)的行為一般為大多數(shù)交換耦合復(fù)合磁體反磁化的主要模式，稱為自釘扎模式[59]。這種釘扎場(chǎng)可表示為HP=a×2 K/MS[61]，其中2 K/MS為硬磁相的各向異性場(chǎng)，a由軟、硬磁相的內(nèi)秉磁性決定，文中認(rèn)為界面的磁性平緩過(guò)渡會(huì)降低矯頑力。

根據(jù)上述分析，軟、硬磁復(fù)合磁體的反磁化過(guò)程可分為可逆過(guò)程和不可逆過(guò)程，不可逆過(guò)程實(shí)際上就是磁疇壁的去釘扎過(guò)程，它決定了磁體的矯頑力[62]。O. Hellwig等[63]研究了Fe55Pt45/Ni80Fe20軟、硬磁薄膜的反磁化行為，通過(guò)對(duì)特定元素的Kerr回線分析認(rèn)為，雖然對(duì)軟磁相的磁反轉(zhuǎn)存在釘扎作用，但這個(gè)釘扎作用并不是嚴(yán)格地處于軟、硬磁相界面而是擴(kuò)展到硬磁相晶粒的內(nèi)部。在一些實(shí)驗(yàn)研究中，如在FePt/Fe3Pt薄膜和Pr2Fe14B/α-Fe快淬薄帶中也獲得了相似的實(shí)驗(yàn)結(jié)果[64-67]。根據(jù)這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和理論分析，可逆的反磁化過(guò)程不僅存在于軟磁相內(nèi)，也存在于硬磁相內(nèi)，但不可逆反磁化在硬磁相晶粒內(nèi)發(fā)生。因此可以認(rèn)為，硬磁相內(nèi)的不可逆反磁化，即磁疇壁的去釘扎過(guò)程源于磁疇從軟磁相到硬磁相邊界或表面的形核過(guò)程，因此磁疇壁的釘扎和磁疇的形核并不矛盾[54]，它們?cè)诜创呕^(guò)程中是相輔相成、統(tǒng)一的。P. N. Loxley等[68]通過(guò)熱激活研究了磁疇從軟磁相到硬磁相的形核過(guò)程，證實(shí)在形核過(guò)程中磁疇壁從軟磁相到硬磁相其尺寸會(huì)減小。

一些研究認(rèn)為，復(fù)合磁體反磁化可逆和不可逆過(guò)程與軟、硬磁相在界面的混合程度及厚度密切相關(guān)[69]。圖5為室溫Sm-Co/Fe薄膜的反磁化曲線，插圖為樣品的層間結(jié)構(gòu)構(gòu)造示意圖。界面過(guò)渡層為在400 ℃沉積0.2 nm厚度的Fe和0.2 nm厚度的Sm-Co。過(guò)渡層的Fe和Sm-Co可重復(fù)交替沉積，每個(gè)樣品重復(fù)交替沉積次數(shù)分別為0，4，8，12和25次，因而中間過(guò)渡層的厚度分別為0，1.6，3.2，4.8和10 nm, 標(biāo)示為M0、M16、M32、M48、M100。界面混合區(qū)的厚度增加，軟磁相內(nèi)的形核場(chǎng)HN增加，但是硬磁相內(nèi)的不可逆反轉(zhuǎn)場(chǎng)Hirr會(huì)降低。文中認(rèn)為形核場(chǎng)HN的增加源于軟、硬磁相交換耦合強(qiáng)度增加。通過(guò)磁控濺射制備的FeAu/FePt軟、硬磁雙層膜，較高的溫度退火可促使Au原子擴(kuò)散進(jìn)入硬磁相FePt的邊界形成各向異性的梯度界面，研究認(rèn)為這會(huì)使矯頑力降低[70]。

圖5室溫Sm-Co/Fe薄膜的反磁化曲線。插圖為樣品的層間結(jié)構(gòu)構(gòu)造示意圖。界面過(guò)渡層為在400 ℃交替沉積0.2 nm厚度Fe和0.2 nm厚度Sm-Co，x代表重復(fù)交替沉積次數(shù)[69]

Fig 5 The demagnetization curves in easy axis direction at room temperature. The inset shows the illustration of the layer structure, andxdenotes the repeating units of a Fe sublayer and a Sm-Co sublayer (x=0, 4, 8, 12, and 25)[69]

上述研究表明界面兩相磁性過(guò)渡平緩雖可提高形核場(chǎng)，但釘扎作用減弱了，不可逆反轉(zhuǎn)場(chǎng)降低。通過(guò)調(diào)控界面特性可改善復(fù)合磁體的不可逆反磁化過(guò)程。對(duì)Nd2Fe14B/α-Fe薄帶通過(guò)嚴(yán)重塑性變形(SPD)處理[71]，與常規(guī)退火的樣品相比，嚴(yán)重塑性變形可使Nb、B非磁性原子富集于界面，這些非磁性原子可降低晶粒之間的交換耦合作用，增加釘扎作用，從而抑制磁疇壁的位移，因此復(fù)合磁體矯頑力從366.16 kA/m升高到573.12 kA/m。這和Nd2Fe14B/FeCo納米復(fù)合磁體多層膜在界面加Ta層類似，Ta層不但可防止軟磁相原子向硬磁相中擴(kuò)散，而且界面對(duì)反磁化的釘扎作用增強(qiáng)了，復(fù)合磁體的磁能積能大幅度提高[24]。

3結(jié)論

雖然軟、硬磁相納米復(fù)合磁體得到廣泛的研究，但其磁性能離理論預(yù)測(cè)相差很遠(yuǎn)，其原因不僅在于軟磁相會(huì)降低矯頑力，更關(guān)鍵的是對(duì)界面結(jié)構(gòu)、磁性和交換作用的調(diào)控在一定程度上存在很大的難度。交換作用源于原子間電子的行為，因此復(fù)合磁體的交換耦合作用與界面元素成分和結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。在Nd2Fe14B、Sm-Co和FePt基納米復(fù)合磁體中，由于原子在界面擴(kuò)散、邊界的晶格弛豫、兩相結(jié)構(gòu)不同等因素，界面結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，關(guān)于復(fù)合磁體界面特性的研究還需進(jìn)一步深入，以期能更清晰地理解交換耦合、反磁化和磁性增強(qiáng)的機(jī)理。

在材料科學(xué)領(lǐng)域樣品制備和分析測(cè)試技術(shù)不斷發(fā)展，這為調(diào)控和改善界面結(jié)構(gòu)提供了更先進(jìn)的方法，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化易軸的取向，降低界面的晶格缺陷，可期望能進(jìn)一步提高納米復(fù)合磁體的磁能積。采用一些新的方法如熱激活、中子衍射研究硬磁相界面附近的反磁化過(guò)程以及磁結(jié)構(gòu)，反之利用反磁化特性可進(jìn)一步探究界面的耦合作用，這些除了能對(duì)提高磁體的磁能積有幫助外，還有助于對(duì)原子間電子交換作用等基本的物理機(jī)制深入理解。

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Research progress on the interface structure, exchange coupling and magnetization reversal in nanocomposite magnets

LI Zhubai1, ZHANG Xuefeng1,2, LI Yongfeng1,2, LIU Yanli1,2, ZHAO Qian1,2

(1. Key Laboratory of Integrated Exploitation of Bayan Obo Multi-Metal Resources,Inner Mongolia University of Science and Technology, Baotou 014010, China2. School of Mathematics, Physics and Biological Engineering,Inner Mongolia University of Science and Technology, Baotou 014010, China)

Abstract:The energy product could be improved largely in nanostructure magnets owing to the interfacial exchange coupling that is strongly dependent on the interface structure between soft and hard magnetic phases. In this paper, the interface structure, interfacial exchange coupling and magnetization reversal are reviewed in Nd2Fe(14)B, Sm-Co and FePt based nanocomposite magnets. The atomically coherence, atomic interdiffusion, amorphous phase, nonmagnetic layer and lattice relaxation at the interface are possibly beneficial to modify the interface structure, improve the exchange coupling in different conditions and further affect the magnetization reversal process. The irreversible magnetization reversal, strongly depending on the nature of interface between hard/soft phases, occurs mainly in hard phases and determines the coercivity, which could be manipulated by modifying the interface structure. It is expected that this review is helpful for understanding fully the effect of interface and for improving the magnetic properties in nanocomposite magnets.

Key words:nanocomposite magnets; interface structure; exchange coupling; atomic interdiffusion; magnetization reversal

DOI:10.3969/j.issn.1001-9731.2016.02.006

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM273; O763

作者簡(jiǎn)介：李柱柏(1975-)，男，四川通江人，講師，博士，從事納米晶復(fù)合永磁材料研究

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51461033)；內(nèi)蒙古科技大學(xué)創(chuàng)新基金資助項(xiàng)目(2014QDL041)

文章編號(hào)：1001-9731(2016)02-02024-07

收到初稿日期：2015-01-22 收到修改稿日期：2015-07-31 通訊作者：張雪峰，E-mail: xuefeng056@163.com