一种调控磁性纳米环尺寸的方法技术

本发明专利技术公开了一种调控磁性纳米环尺寸的方法。本发明专利技术中的磁性纳米环采用聚苯乙烯微球模板法制备，首先在基片上制备单分散的聚苯乙烯微球，然后利用磁控溅射沉积薄膜的方法在基片上分别沉积一层非磁性薄膜和磁性薄膜，再利用离子刻蚀技术对制备的薄膜进行离子减薄，从而形成单分散的磁性纳米环结构样品。在此过程中，通过调节聚苯乙烯微球的大小和非磁性过渡层的厚度，可以实现对目标结构磁性纳米环尺寸的调控，包括磁性纳米环外径、内径和环宽度的调控；通过对磁性层薄膜溅射时间的控制可以实现对磁性纳米环厚度的调控。该方法工艺简单，方便可靠，可以制备各种尺寸和材质的磁性纳米环，满足不同的试验需要和科学研究。

Method for regulating size of magnetic nano ring

The invention discloses a method for regulating the size of a magnetic nanometer ring. The magnetic nano ring in the invention adopts polystyrene microspheres template preparation, first prepared polystyrene microspheres dispersed on the substrate, and then use the method of thin films deposited by magnetron sputtering on the substrate, depositing a layer of non magnetic thin films and magnetic films respectively, and then the ion etching technology of thin film prepared by ion reduction thin, thus forming a nano magnetic ring structure of monodisperse samples. In this process, by adjusting the size of polystyrene microspheres and non-magnetic transition layer thickness, can realize the control of the target structure of nano magnetic ring size, including the regulation of magnetic nano ring outer diameter, inner diameter and ring width; by controlling the magnetic film sputtering time can be achieved to control the magnetic nano ring thickness. The method is simple, convenient and reliable. It can be used to prepare magnetic rings of various sizes and materials to meet the needs of different experiments and scientific research.

【技术实现步骤摘要】
一种调控磁性纳米环尺寸的方法
本专利技术涉及纳米材料
，尤其是一种调控磁性纳米环尺寸的方法。
技术介绍
纳米尺寸的磁性材料在许多器件中发挥着越来越重要的作用。这种材料由于其各自独特的形状和尺寸决定了其内在的磁化状态和磁矩翻转特性，在很多器件中起着重要作用。纳米环作为一种非常特殊的纳米材料，由于其几何形状上的高度对称性和结构上的自封闭性，表现出诸多的特殊性能，如电阻随外场振荡的Aharonov-Bhom效应，对磁场或电场敏感的纳米天线，具有类似核外电子的壳层能级结构，近红外区域频率可调的表面等离子激元。如果引入磁性，纳米环会呈现出更丰富的物理、化学性质，例如其会形成两种非常稳定的磁状态：涡旋态和双畴态，铁磁性纳米环中的量子输运性质；铁磁性纳米环中的巨磁电阻效应和自旋转移矩效应，以及用作垂直磁随机存储器单元等。这些特性使其在光、电、磁、催化、信息存储和微波吸收等领域具有广泛的应用价值。纳米环的性能主要受到环的形貌、尺寸、组成以及质量的影响。特别是纳米环中的磁化状态，例如涡旋态和双畴态，它们之间的变化取决于纳米环内外径的大小和厚度以及材料本身的性质。
技术实现思路
针对上述存在的问题，本专利技术的目的是提供一种调控磁性纳米环尺寸的方法。本专利技术的技术方案是：一种调控磁性纳米环尺寸的方法，包括如下步骤：步骤一：选取一种基片作为薄膜样品的衬底，切割成长10mm、宽10mm、厚0.5mm的大小；丙酮超声波清洗10-15min，再用去离子水超声波清洗10-15min，最后用无水乙醇超声波清洗10-15min，清洗干净后取出基片用高纯氮气吹干备用；步骤二：选取一种聚苯乙烯微球乳液，按照乳液与去离子水体积比1:200进行稀释后，在超声波清洗器中超声分散10-15min，使聚苯乙烯微球充分分散；将分散好的聚苯乙烯微球溶液滴在步骤一中清洗干净的基片上，放置干燥箱中干燥；步骤三：待基片充分干燥后，将其放入磁控溅射腔内，用磁控溅射方法先在基片上沉积非磁性过渡层，再沉积一层磁性薄膜，将基片放置于离子刻蚀仪器中，对薄膜进行离子减薄；由于聚苯乙烯纳米微球是有机材料，难以刻蚀，且聚苯乙烯微球对刻蚀离子有散射效应，所以聚苯乙烯微球将会对它下面的薄膜材料起到遮挡或保护作用，避免薄膜被高能离子完全刻蚀掉。而未被聚苯乙烯微球遮挡的部分，薄膜将会被完全刻蚀掉，所以在聚苯乙烯纳米微球周围会形成环状的磁性纳米结构，即磁性纳米环。聚苯乙烯微球根据需要与否，用丙酮溶液将其从基片上清洗掉，得到磁性纳米环。进一步的，所述步骤二中的基片与水平面成15°角放置在干燥箱中干燥，干燥箱温度维持在55℃。进一步的，所述磁性纳米环的材料是铁、钴、镍单质铁磁性金属中的任意一种，或是以铁、钴、镍为基体的铁磁性合金材料中的任意一种，或是铁磁性氧化物中的任意一种。进一步的，所述非磁性过渡层材料是非磁性金属，非磁性绝缘体，或其他非磁性合金、氧化物材料。进一步的，所述基片材料为非磁性绝缘体材料。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：该磁性纳米环调控方法工艺简单，根据需求，通过控制聚苯乙烯微球的大小和非磁性层的厚度，可以制备各种尺寸和材质的磁性纳米环，满足不同的试验需要和科学研究。附图说明图1为本专利技术的可调控尺寸磁性纳米环的制备方法示意图。图2为本专利技术利用直径200nm的聚苯乙烯微球和20nm非磁性过渡层制备磁性纳米环的示意图。图3为本专利技术利用直径500nm的聚苯乙烯微球和20nm非磁性过渡层制备磁性纳米环的示意图。图4为本专利技术利用直径500nm的聚苯乙烯微球和60nm非磁性过渡层制备磁性纳米环的示意图。图5基片上制备的单分散的直径200nm的聚苯乙烯微球。图6利用直径200nm的聚苯乙烯微球和20nm非磁性过渡层制备的钴铁磁性纳米环。图7利用直径500nm的聚苯乙烯微球和20nm非磁性过渡层制备的坡莫合金磁性纳米环。图8利用直径500nm的聚苯乙烯微球和60nm非磁性过渡层制备的坡莫合金磁性纳米环。具体实施方式在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明。实施例1本实施例是用直径200纳米的聚苯乙烯微球和20纳米非磁性过渡层调控钴铁磁性纳米环的尺寸，如图1和图2所示，包括如下步骤：(1)选取0.5mm厚的二氧化硅薄片，将其切割为10mm×10mm的薄片作为绝缘基片，将基片依次以丙酮、去离子水和无水乙醇作为介质采用超声波清洗，在将基片用高纯氮气吹干备用；(2)选取直径200nm的聚苯乙烯纳米微球乳液，聚苯乙烯微球乳液与去离子水按体积比1:200进行稀释，然后放在超声波清洗器中进行充分分散，超声波清洗器的工作功率为100W。经稀释和超声分散后，将分散好的聚苯乙烯微球溶液滴在步骤(1)中处理好的二氧化硅基片上，再放置于干燥箱中，基片在干燥箱中与水平面保持15°角，干燥箱温度维持在55℃。(3)将基片放入磁控溅射镀膜中，把镀膜室抽到2×10-5帕斯卡的真空度，用磁控溅射方法先在基片上沉积20nm厚的铜金属薄膜作为非磁性过渡层，再沉积一层40nm厚的钴铁磁性层，工作气体为0.5Pa的氩气。随后取出，将基片放置于离子刻蚀仪中，刻蚀仪真空度抽至5×10-4Pa，然后通入氩气，保持工作气压2×10-2Pa。设置离子刻蚀工艺参数为离子能量450eV，束流密度为0.5mA/cm2，保持5min使离子束流稳定后对薄膜进行垂直减薄，减薄过程中样品台自转速度9rpm，工作时间为2min。刻蚀完成后取出基片，放入丙酮溶液中超声清洗2min，去除基片上的聚苯乙烯微球，即得到钴铁合金磁性纳米环。制备得到的钴铁磁性纳米环的尺寸如下：磁性纳米环的外径：D＝200nm，内径：宽度：w＝(D-d)/2＝20nm，厚度t＝40nm。图6为实施例1中利用200nm的聚苯乙烯微球和20nm非磁性过渡层制备的钴铁合金磁性纳米环的扫描电镜照片，纳米环尺寸为外径195nm，内径162nm，宽度16.5nm。实施例2本实施例用直径500nm的聚苯乙烯微球和20nm非磁性过渡层调控坡莫合金磁性纳米环的尺寸，如图1和图3所示，包括如下步骤：(1)选取0.5mm厚的石英玻璃，将其切割为10mm×10mm的薄片作为绝缘基片，将基片依次以丙酮、去离子水和无水乙醇作为介质采用超声波清洗，在将基片用高纯氮气吹干备用；(2)选取直径500nm的聚苯乙烯纳米微球乳液，聚苯乙烯微球乳液与去离子水按体积比1:200进行稀释，然后放在超声波清洗器中进行充分分散，超声波清洗器的工作功率为100W。经稀释和超声分散后，将分散好的聚苯乙烯微球溶液滴在步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种调控磁性纳米环尺寸的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：选取一种基片作为薄膜样品的衬底，切割成长10mm、宽10mm、厚0.5mm的大小；丙酮超声波清洗10‑15min，再用去离子水超声波清洗10‑15min，最后用无水乙醇超声波清洗10‑15min，清洗干净后取出基片用高纯氮气吹干备用；步骤二：选取一种聚苯乙烯微球乳液，按照乳液与去离子水体积比1:200进行稀释后，在超声波清洗器中超声分散10‑15min，使聚苯乙烯微球充分分散；将分散好的聚苯乙烯微球溶液滴在步骤一中清洗干净的基片上，放置干燥箱中干燥；步骤三：待基片充分干燥后，将其放入磁控溅射腔内，用磁控溅射方法先在基片上沉积非磁性过渡层，再沉积一层磁性薄膜，将基片放置于离子刻蚀仪器中，对薄膜进行离子减薄；在聚苯乙烯纳米微球周围形成环状的磁性纳米结构，即磁性纳米环。聚苯乙烯微球根据需要与否，用丙酮溶液将其从基片上清洗掉，得到磁性纳米环。

【技术特征摘要】
1.一种调控磁性纳米环尺寸的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：选取一种基片作为薄膜样品的衬底，切割成长10mm、宽10mm、厚0.5mm的大小；丙酮超声波清洗10-15min，再用去离子水超声波清洗10-15min，最后用无水乙醇超声波清洗10-15min，清洗干净后取出基片用高纯氮气吹干备用；步骤二：选取一种聚苯乙烯微球乳液，按照乳液与去离子水体积比1:200进行稀释后，在超声波清洗器中超声分散10-15min，使聚苯乙烯微球充分分散；将分散好的聚苯乙烯微球溶液滴在步骤一中清洗干净的基片上，放置干燥箱中干燥；步骤三：待基片充分干燥后，将其放入磁控溅射腔内，用磁控溅射方法先在基片上沉积非磁性过渡层，再沉积一层磁性薄膜，将基片放置于离子刻蚀仪器中，对薄膜进行离子减薄；在聚苯乙烯纳米微球周围...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭振刚，
申请(专利权)人：天津城建大学，
类型：发明
国别省市：天津,12