나노미터

Scientific Reports 5권, 기사 번호: 14414(2015) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

자기 기록의 치밀화를 위해서는 큰 보자력장(Hc)을 나타내는 나노미터 크기의 자성 입자 개발이 요구됩니다. 여기서 우리는 단일 나노 크기(즉, 너비가 10나노미터 미만)의 경자성 페라이트를 보고합니다. 이 자성 페라이트는 자기 기록 시스템에 대해 충분히 높은 Hc 값과 7.7 x 106 erg cm-3의 매우 높은 자기 이방성 상수를 갖는 ε-Fe2O3로 구성됩니다. 예를 들어, 8.2nm 나노입자는 실온에서 5.2kOe의 Hc 값을 갖습니다. 이러한 나노입자의 콜로이드 용액은 2.9eV(430nm)의 넓은 밴드 갭으로 인해 연한 주황색을 띠며 이는 투명한 자성 안료의 가능성을 나타냅니다. 또한, 우리는 자화로 인한 2차 고조파 생성(MSHG)을 관찰했습니다. 현재의 극성자성 나노결정의 비선형 광자기전기 효과는 매우 강했다. 이러한 발견은 단순한 산화철에서 입증되었으며, 이는 경제적 비용과 대량 생산의 관점에서 매우 중요합니다.

자성 재료는 자기 기록 매체, 영구 자석, 전자기파 흡수체, 자성 유체, 약물 전달 등 다양한 응용 분야에 사용되었습니다1,2,3,4,5,6,7,8. 자기기록매체의 치밀화 관점에서 보자면 보자력(Hc)이 큰 나노미터 크기의 자성입자(직경 10nm 이하) 개발이 논리적인 다음 단계이다. 하드 드라이브나 자기 기록 테이프와 같은 자기 기록 시스템9,10,11에서 쓰기 및 읽기에 필요한 Hc 값은 ca입니다. 3코에. 비트 패턴 미디어나 열 보조 자기 기록과 같은 미래의 자기 기록 시스템에는 더 큰 Hc가 필요합니다. 다강성 특성을 나타내는 재료는 전기 보조 자기 기록 매체로서 점점 더 주목받고 있습니다. 또한, 광학적으로 투명한 자석의 개발은 투명 전자파 흡수 창이나 프린터용 자성 컬러 안료와 같은 새로운 응용 분야에 매우 바람직합니다. 위의 요구 사항을 고려할 때 엡실론 산화철 ε-Fe2O3는 실온에서 큰 Hc 값을 나타내기 때문에 매력적인 재료입니다. 본 연구에서는 단일 나노 크기 ε-Fe2O3 구형 입자를 제조하기 위한 합성 방법을 개발했습니다. 생성된 나노자석은 위에서 언급한 자기 기록 응용 분야에 필요한 Hc 값을 충족합니다. 또한 강력한 자기전기(ME) 효과와 함께 자화 유도 2차 고조파 발생(MSHG)을 나타냅니다. 이 시리즈의 색상은 매우 밝고 가시광선 영역의 흡수 계수가 작습니다. 본 연구에서는 나노미터 크기의 ε-Fe2O3 나노입자의 합성 과정, 결정 구조, 입자 크기 및 자기 특성을 보고합니다. 또한, 우리는 광학 밴드 갭, 극성 결정의 자발적 전기 분극 및 비선형 광학 ME 효과에 대한 첫 번째 원리 계산을 제시합니다.

나노미터 크기의 ε-Fe2O3는 페리하이드라이트 Fe10O14(OH)2 나노입자가 SiO2 매트릭스에 내장된 전구체로부터 제조되었습니다. 합성 절차의 세부 사항은 방법 섹션에 설명되어 있습니다. 이 보고서에서는 250°C(S-250), 500°C(S-500), 731°C(S-731), 902°C(S-902) 등 광범위한 온도에서 소결된 18개의 샘플을 설명합니다. ), 924°C(S-924), 951°C(S-951), 979°C(S-979), 1002°C(S-1002), 1020°C(S-1020), 1032°C (S-1032), 1044°C(S-1044), 1061°C(S-1061), 1063°C(S-1063), 1104°C(S-1104), 1142°C(S-1142) , 1198°C(S-1198), 1213°C(S-1213) 및 1295°C(S-1295).

소결된 샘플과 전구체의 X선 분말 회절(XRPD) 패턴은 그림 1과 보충 그림 S1에 나와 있습니다. 전구체의 XRPD 패턴은 육각형 결정 구조(공간군 P63mc, a = 6.04 Å, c = 8.75 Å)를 갖는 Fe10O14(OH)2를 보여줍니다. 소결 온도가 증가함에 따라 Fe10O14(OH)2는 250°C 부근에서 γ-Fe2O3(입방체, Fd3-m, a = 8.37Å)로 변환되기 시작합니다. 소결 온도를 높이면 500°C 부근에서 γ-Fe2O3가 ε-Fe2O3로 변합니다. 951°C 이상에서 S-951-S-1104에 대한 XRPD 패턴은 순수한 ε-Fe2O3 상(사방정계, Pna21, a = 5.09 Å, b = 8.80 Å 및 c = 9.48 Å S-1020의 경우)(보충 표) S1). 1142°C 이상에서는 소량의 α-Fe2O3가 검출됩니다(사방면체, R3–c, S-1295의 경우 a = 5.04 Å 및 c = 13.75 Å). 이 합성 방법에서는 놀랍도록 넓은 소결 온도 범위에서 순수한 ε-Fe2O3를 얻습니다. 역미셀법과 졸-겔법을 결합한 방법과 메조다공성 실리카를 이용한 함침법 등 이전에 보고된 방법보다 그 범위가 더 넓다.