关于赤铁矿纳米纺锤体形状与磁性之间关联的见解

《The Journal of Physical Chemistry C》：Insight into the Correlation of Shape and Magnetism of Hematite Nanospindles

纳米针晶体的长度比增加导致莫林转变温度降低，完全抑制于p?1.5时，结构由外延融合的晶粒构成，磁性能偏离形状各向异性预期并出现中间自旋态。

　　

研究表明，赤铁矿中的Morin转变（一种自旋重定向现象）会随着纳米粒子体积的减小而发生在更低的温度下。然而，我们在一系列赤铁矿纳米棒中的观察结果却显示出了相反的现象：这些纳米棒是通过三氯化铁溶液的水热分解合成的，其长宽比（p）介于1.0到5.2之间（长轴约为70–290纳米），尽管体积增大，但Morin转变温度（T_Morin）却随着p的增加而降低。通过高分辨率扫描透射电子显微镜（HRSTEM）和X射线衍射（XRD）对其内部结构进行分析后发现，这些纳米棒是由在晶体学方向上完美对齐的初级粒子外延融合形成的。结合磁测量和穆斯堡尔光谱技术，我们发现了粒子形状、磁性质（尤其是Morin转变）之间的关联：当粒子较为球形时，Morin转变发生在约200 K的温度；而随着纳米棒长度的增加，T_Morin降低，同时磁滞现象也变得更加明显。我们的测量结果显示，在p ≥ 1.5的临界阈值以上，Morin转变完全被抑制，这表明赤铁矿基面内的弱铁磁（WFM）状态得到了稳定，尽管从形状各向异性的角度来看这种行为是出乎意料的。对于与磁场相关的自旋翻转转变，也观察到了类似的粒子长宽比变化趋势。我们发现存在介于低温反铁磁（AFM）和高温WFM自旋结构之间的中间自旋排列状态，这可能与p ≥ 1.5时Morin转变的抑制现象有关。