2003年11月26日于北京召開的中國科學(xué)院沈陽材料科學(xué)國家（聯(lián)合）實(shí)驗(yàn)室理事會(huì)會(huì)議上，沈陽材料科學(xué)國家（聯(lián)合）實(shí)驗(yàn)室、中國科學(xué)院金屬研究所張志東研究員介紹，研究小組制備的納米復(fù)合稀土永磁塊體和薄膜材料，項(xiàng)目指標(biāo)達(dá)到目前報(bào)道的最高值。這一成果顯示，由分布很好的非常細(xì)晶粒的硬磁相和軟磁相組成的多層薄膜，可望成為新一代的稀土永磁材料，在信息、微型機(jī)械、微型電機(jī)等領(lǐng)域?qū)⒂袕V闊的應(yīng)用前景。
稀土永磁材料發(fā)展到第三代后，人們?nèi)栽诓恍傅靥剿骶哂懈鼉?yōu)異內(nèi)稟磁性的新型永磁化合物。鐵基稀土氮化物一度成為人們研究的熱點(diǎn)之一。張志東研究員領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在稀土過渡金屬化合物的磁性相變、稀土亞穩(wěn)相向穩(wěn)態(tài)相轉(zhuǎn)變的機(jī)理、納米復(fù)合磁性材料的磁性耦合機(jī)制、量子阱效應(yīng)和磁性交互作用之間的關(guān)聯(lián)等方面取得系統(tǒng)深入的研究成果。有關(guān)成果加深了人們對(duì)磁性材料中的結(jié)構(gòu)相變、磁性相變、磁性耦合及納米復(fù)合等現(xiàn)象的理解。
課題組通過尋找稀土亞穩(wěn)相形成的共同規(guī)律，分析稀土亞穩(wěn)相之間和向穩(wěn)定化合物的轉(zhuǎn)變過程，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)對(duì)稱性是其中的關(guān)鍵因素之一；對(duì)納米復(fù)合稀土永磁材料的磁性耦合機(jī)理開展了實(shí)驗(yàn)和理論的研究工作；結(jié)合硬磁相和軟磁相兩者在納米尺度的對(duì)內(nèi)稟磁性的貢獻(xiàn)，提出了有效交換耦合常數(shù)的概念；等等。課題組成員近年來在國際刊物發(fā)表相關(guān)論文百余篇，應(yīng)邀為國際刊物和手冊(cè)撰寫有關(guān)稀土過渡金屬化合物、稀土亞穩(wěn)相、薄膜和超晶格中自旋波、雙量子阱中的量子干涉效應(yīng)、納米復(fù)合磁性材料等專題綜述報(bào)告６篇。
最近，在前期系統(tǒng)研究工作的基礎(chǔ)上，張志東研究小組與美國內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校合作，又在制備高性能的納米復(fù)合稀土永磁多層薄膜磁體方面取得進(jìn)展。自從實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)晶間磁性交換耦合后，理論預(yù)言納米復(fù)合永磁材料可以獲得高的剩磁和高的最大磁能積。但是，至今為止納米復(fù)合塊體永磁材料的最大磁能積的實(shí)驗(yàn)值遠(yuǎn)低于理論預(yù)期值。針對(duì)這個(gè)問題，他們發(fā)展了在納米尺度設(shè)計(jì)稀土永磁材料的技術(shù)，采用磁控濺射方法制備納米復(fù)合稀土永磁多層薄膜磁體，通過控制多層薄膜的厚度來控制退火過程中硬磁相和軟磁相的晶粒生長(zhǎng)和分布。利用高分辨透射電子顯微鏡對(duì)樣品進(jìn)行平面和橫截面表征，表明硬磁相和軟磁相的分布均勻。精心設(shè)計(jì)的多層膜由晶粒尺寸為４０納米的硬磁相和連續(xù)分布的軟磁相組成。從而在多層薄膜中實(shí)現(xiàn)了磁性交換耦合和剩磁增強(qiáng)效應(yīng)，有效地結(jié)合了硬磁相和軟磁相的優(yōu)良磁性，實(shí)現(xiàn)了剩磁增強(qiáng)效應(yīng)，在薄膜磁體中獲得了最大磁能積２０３ ｋＪ／ｍ３。
與會(huì)專家高度評(píng)價(jià)了這一成果，認(rèn)為“在國際同研究領(lǐng)域中處于領(lǐng)先水平，為探索新型永磁材料提供了新思路，對(duì)永磁材料的發(fā)展及應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義”。
稀土永磁材料發(fā)展到第三代后，人們?nèi)栽诓恍傅靥剿骶哂懈鼉?yōu)異內(nèi)稟磁性的新型永磁化合物。鐵基稀土氮化物一度成為人們研究的熱點(diǎn)之一。張志東研究員領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在稀土過渡金屬化合物的磁性相變、稀土亞穩(wěn)相向穩(wěn)態(tài)相轉(zhuǎn)變的機(jī)理、納米復(fù)合磁性材料的磁性耦合機(jī)制、量子阱效應(yīng)和磁性交互作用之間的關(guān)聯(lián)等方面取得系統(tǒng)深入的研究成果。有關(guān)成果加深了人們對(duì)磁性材料中的結(jié)構(gòu)相變、磁性相變、磁性耦合及納米復(fù)合等現(xiàn)象的理解。
課題組通過尋找稀土亞穩(wěn)相形成的共同規(guī)律，分析稀土亞穩(wěn)相之間和向穩(wěn)定化合物的轉(zhuǎn)變過程，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)對(duì)稱性是其中的關(guān)鍵因素之一；對(duì)納米復(fù)合稀土永磁材料的磁性耦合機(jī)理開展了實(shí)驗(yàn)和理論的研究工作；結(jié)合硬磁相和軟磁相兩者在納米尺度的對(duì)內(nèi)稟磁性的貢獻(xiàn)，提出了有效交換耦合常數(shù)的概念；等等。課題組成員近年來在國際刊物發(fā)表相關(guān)論文百余篇，應(yīng)邀為國際刊物和手冊(cè)撰寫有關(guān)稀土過渡金屬化合物、稀土亞穩(wěn)相、薄膜和超晶格中自旋波、雙量子阱中的量子干涉效應(yīng)、納米復(fù)合磁性材料等專題綜述報(bào)告６篇。
最近，在前期系統(tǒng)研究工作的基礎(chǔ)上，張志東研究小組與美國內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校合作，又在制備高性能的納米復(fù)合稀土永磁多層薄膜磁體方面取得進(jìn)展。自從實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)晶間磁性交換耦合后，理論預(yù)言納米復(fù)合永磁材料可以獲得高的剩磁和高的最大磁能積。但是，至今為止納米復(fù)合塊體永磁材料的最大磁能積的實(shí)驗(yàn)值遠(yuǎn)低于理論預(yù)期值。針對(duì)這個(gè)問題，他們發(fā)展了在納米尺度設(shè)計(jì)稀土永磁材料的技術(shù)，采用磁控濺射方法制備納米復(fù)合稀土永磁多層薄膜磁體，通過控制多層薄膜的厚度來控制退火過程中硬磁相和軟磁相的晶粒生長(zhǎng)和分布。利用高分辨透射電子顯微鏡對(duì)樣品進(jìn)行平面和橫截面表征，表明硬磁相和軟磁相的分布均勻。精心設(shè)計(jì)的多層膜由晶粒尺寸為４０納米的硬磁相和連續(xù)分布的軟磁相組成。從而在多層薄膜中實(shí)現(xiàn)了磁性交換耦合和剩磁增強(qiáng)效應(yīng)，有效地結(jié)合了硬磁相和軟磁相的優(yōu)良磁性，實(shí)現(xiàn)了剩磁增強(qiáng)效應(yīng)，在薄膜磁體中獲得了最大磁能積２０３ ｋＪ／ｍ３。
與會(huì)專家高度評(píng)價(jià)了這一成果，認(rèn)為“在國際同研究領(lǐng)域中處于領(lǐng)先水平，為探索新型永磁材料提供了新思路，對(duì)永磁材料的發(fā)展及應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義”。
