一种使自然磁性材料具有显著太赫兹磁导率的方法技术

本发明专利技术公开了一种使自然磁性材料具有显著太赫兹磁导率的方法，属于太赫兹技术领域。本发明专利技术方法通过控制具有极高的磁晶各向异性能Hk和形状各向异性能Hs、以及合适的饱和磁化强度Ms的自然磁性材料，在特定方向上的剩余磁化状态在[0.3～1.0]之间，使其具有显著的太赫兹磁导率(μ'>2，μ”>0.5)。同时能够通过控制自然磁性材料的结构，实现对太赫兹(THz)磁谱的调控。本发明专利技术方法提供的自然磁性材料能够替代现有的人工材料，在太赫兹频段下有较强磁响应，具有广泛应用场景，填补了自然材料在太赫兹频段无明显磁响应的空白。兹频段无明显磁响应的空白。兹频段无明显磁响应的空白。

【技术实现步骤摘要】
一种使自然磁性材料具有显著太赫兹磁导率的方法


[0001]本专利技术属于太赫兹
，具体涉及一种基于磁性材料获得显著太赫兹磁导率的方法。

技术介绍

[0002]磁性材料的磁导率表征的是磁性材料对外部磁场作用的响应。在使用磁性材料的电磁应用环境中，磁性材料的复数磁导率的实部和虚部随频率的变化(以下简称“磁谱”)规律，对于工程电磁应用具有关键性的影响。磁性材料在不同频段下的共振频率大小决定了电磁器件的工作范围。对于希望磁性材料在工作频段内具有尽量小磁损耗的应用场景，我们应该选择磁共振频率远离工作频段，如电感中使用的磁粉芯、微波磁性环形器中磁性介质。而对于希望磁性材料在工作频段内具有尽量大磁损耗的应用场景，我们则希望磁性材料的共振频率处于工作频段内，如抗电磁干扰的材料、电磁波吸收材料(如隐身技术)等。目前，电磁器件中使用磁性材料的工作频率不会超过100GHz(V.G.Harris,"Modern Microwave Ferrites",IEEE Trans.Magn.,vol.48,no.3,pp.1075
‑
1104,(2012).)。据报道，最高的使用频率是使用Al或Ga离子取代Fe离子的M型六角铁氧体(Koichi Haneda and Hiroshi Kojima,”Intrinsic Coercivity of Substituted BaFe12O19,Jpn.J.Appl.Phys.12,355(1973).)。
[0003]太赫兹(Terahertz,THz)技术是目前一门方兴未艾的高技术，太赫兹频段一般是指处于0.1THz～10THz的电磁波(1THz＝1000GHz)。随着太赫兹技术的兴起，今后必将有大量应用场景要求太赫兹器件中的电磁介质能有显著的磁响应(磁导率)。人们普遍认为自然磁性材料(指通过物理方法制备或化学方法合成的材料)的工作频率由于自然共振频率的限制，在太赫兹频段是没有磁响应的(即相对磁导率的实部为1，虚部为0)。所以，目前人们常用超材料(或人工材料，指人们设计的某种周期结构的非磁性材料)来使这种人工设计的结构具备一定的磁导率。如非磁性的STO(SrTiO3)微米棒状阵列(H.N
ě
mec,P.F.Kadlec,C.Kadlec,R.Yahiaoui,and P.Mounaix,“Tunable terahertz metamaterials with negative permeability”,Phys.Rev.B.79,241108(R)(2009).)，或采用金(Au)制备的手性结构(Shuang Zhang,Yong
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Shik Park,Jensen Li,Xinchao Lu,Weili Zhang,and Xiang Zhang,“Negative Refractive Index in Chiral Metamaterials”,Phys.Rev.Lett.102,023901(2009).)，或由Au/Ti制成谐振环的超材料结构等(Xiaoyu Zhang,Yajie Chen,Lei Zhao,Yang Tan,Qiang Zhang,Chunlan Ma,and Vincent G.Harris,"Giant low
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field tunability of THz transmission in patterned magnetic split
‑
ring metastructures,"Opt.Express 28,34035
‑
34044(2020).)。

技术实现思路

[0004]为了获得具有显著太赫兹磁导率的自然磁性材料，本专利技术提供了一种使自然磁性材料具有显著太赫兹磁导率的方法。
[0005]本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种使自然磁性材料具有显著太赫兹磁导率的方法，其特征在于，控制自然磁性材料在特定方向上处于合适的剩余磁化状态，能够使其具有显著的太赫兹(THz)磁导率。
[0007]所述自然磁性材料须同时满足以下要求：极高的磁晶各向异性能Hk和形状各向异性能Hs，以及合适的饱和磁化强度Ms。
[0008]优选地，所述磁晶各向异性能Hk的取值范围为：1.15
×
105～1.65
×
105，单位为Oe；所述形状各向异性能Hs的取值范围为：2.51
×
103～5.12
×
103，单位为Oe；所述饱和磁化强度Ms的取值范围为：0.80
×
106～1.14
×
106，单位为A/m。
[0009]优选地，当自然磁性材料的剩余磁化状态在[0.3～1.0]之间时，具有显著的太赫兹(THz)磁导率。
[0010]优选地，所述显著的太赫兹(THz)磁导为磁导率实部μ'>2，磁导率虚部μ”>0.5。
[0011]优选地，所述自然磁性材料的结构为纳米阵列、薄膜、或者制备有阵列图案的薄膜，通过改变结构的几何尺度或周期结构，实现对太赫兹(THz)磁谱的调控。
[0012]优选地，所述自然磁性材料为L10型四方晶体结构的FePt，材料成份为：Fe
x
Pt
100
‑
x
，x＝40～60，表示原子百分比。
[0013]经过长期的研究发现，要将自然磁性材料的工作频率(f
r
)提高到太赫兹(THz，1THz＝1000GHz)范围，必须兼具极高磁晶各向异性能(H
k
)和形状各向异性能。此外，该材料还应具有合适的饱和磁化强度(Ms)，过高Ms的材料将降低f
r
，过低的Ms将难以获得显著的THz磁导率磁谱。例如具备L10型四方晶体结构的FePt(材料成份为：Fe
x
Pt
100
‑
x
，x＝40～60原子百分比)具备极高的H
k
值和形状各向异性能，当不控制它的剩余磁化状态，它在THz下的磁谱是很微弱的，磁导率的实部很小(μ'≈1.0)，虚部(μ”)接近于0；当控制它的剩余磁化状态在[0.3～1.0]之间时，具有显著的THz磁谱(μ'>2，μ”>0.5)。同时，能够通过控制自然磁性材料的结构(几何尺度或周期结构等)，实现了对太赫兹(THz)磁谱的调控(如控制f
r
的大小，磁导率μ'和μ”大小)。本专利技术方法提供的自然磁性材料能够替代现有的人工材料，不需要制作特定的结构，仅利用当下已经成熟的纳米线或薄膜等制备技术，就能够得到在太赫兹频段下有较强磁响应的材料，具有广泛应用场景，填补了自然材料在太赫兹频段无明显磁响应的空白。
附图说明
[0014]图1为在剩余磁化状态为Mr/Ms为1.0状态下,长径比分别为10和3.33的(3
×
3)FePt纳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种使自然磁性材料具有显著太赫兹磁导率的方法，其特征在于，控制自然磁性材料在特定方向上处于合适的剩余磁化状态，能够使其具有显著的太赫兹磁导率。所述自然磁性材料须同时满足以下要求：极高的磁晶各向异性能Hk和形状各向异性能Hs，以及合适的饱和磁化强度Ms。2.如权利要求1所述的一种使自然磁性材料具有显著太赫兹磁导率的方法，其特征在于，所述磁晶各向异性能Hk的取值范围为：1.15
×
105～1.65
×
105，单位为Oe；所述形状各向异性能Hs的取值范围为：2.51
×
103～5.12
×
103，单位为Oe；所述饱和磁化强度Ms的取值范围为：0.80
×
106～1.14
×
106，单位为A/m。3.如权利要求2所述的一种使自然磁性材料具有显著...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩满贵，孟森，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：