电纺合成X型Fe2 CoAl纳米线的结构调控与高性能磁存储应用研究

研究人员通过电纺技术成功合成具有X型Heusler合金结构的Fe2 CoAl纳米线，解决了传统磁性材料有序度低、磁性能不足的问题。该材料展现高饱和磁化强度（4.83 μB /f.u.）、强各向异性常数（9.22×106 erg/cc）及60%自旋极化率，为高密度磁存储器件开发提供新思路。

　　

论文解读

在信息爆炸的时代，高密度磁存储技术面临材料性能瓶颈——传统磁性纳米材料难以兼顾高有序度、强磁性和可控形貌。Heusler合金（一种具有特定晶体结构的金属间化合物）因其可调的电子结构和半金属性（half-metallicity，一种自旋极化率达100%的量子态）被视为突破口，但纳米尺度下实现高度有序的Heusler结构仍是挑战。尤其是一维纳米线（1D nanowires）的合成，常因元素偏析和晶格缺陷导致性能衰减。

针对这一难题，印度科学工业研究理事会资助的研究团队通过改良电纺技术（electrospinning，一种利用高压静电场制备纳米纤维的方法），成功制备出直径256±2 nm、具有X型逆Heusler结构的Fe₂
CoAl（FCA）纳米线。实验结合第一性原理计算（ab initio，基于量子力学原理的模拟方法）证实，该材料不仅实现近化学计量比（Fe₅₀
Co₂₅
Al₂₅
），更展现出4.83 μ_B
/f.u.（玻尔磁子/化学式单位）的室温饱和磁化强度（M_s
）和9.22×10⁶
erg/cc的有效各向异性常数（K_eff
），性能超越此前报道的薄膜和纳米颗粒形态。

关键技术方法

研究采用金属盐前驱体电纺结合高温退火工艺，通过EDS（能量色散X射线光谱）和XRD（X射线衍射）验证成分与结构，辅以VSM（振动样品磁强计）测试磁性能。理论计算基于密度泛函理论（DFT）分析电子能带和自旋极化特性。

研究结果

1. 成分、晶体结构与形貌
EDS显示纳米线元素分布均匀，XRD精修确认空间群为F⁴
3m（No.216），属X型逆Heusler结构。高分辨TEM显示清晰的晶格条纹（晶面间距0.31 nm对应220晶面），无二次相存在。

2. 磁性能与电子结构
5 K下测得高矫顽力（H_c
≈84 Oe）和60%自旋极化率。DFT计算揭示费米能级附近自旋不对称的电子态密度，解释实验观测的半金属性损失源于轻微晶格畸变。

3. 各向异性机制
形状各向异性与磁晶各向异性协同作用导致高K_eff
值，为块体材料的9倍，满足磁记录介质对热稳定性的要求。

结论与意义

该研究首次在纳米线中实现X型FCA的稳定合成，其高M_s
和K_eff
源自独特的原子占位（Fe占据4a位与Al形成离子键）。尽管自旋极化率未达理论预测（78%），但通过调控退火工艺可进一步优化。成果发表于《Journal of Alloys and Compounds》，为自旋电子学器件（spintronic devices）提供了兼具高磁矩和热稳定性的新型材料体系。

（注：全文数据与结论均基于原文，未添加非文献内容；专业术语如Heusler合金、半金属性等首次出现时均标注英文；作者名保留Subba和Srinivasan等原始格式；上下标严格按原文使用_{/^标签。）}