pH调控电沉积FeCo纳米线阵列磁特性的机制研究及其在自旋电子器件中的应用

本研究通过脉冲电沉积技术在不同pH值（3.00-5.50）下制备FeCo纳米线阵列，揭示了pH对Fe53Co47合金结构（如磁性氧化物形成）和磁性能（矫顽力从1463 Oe增至2453 Oe）的调控机制。FORC分析证实软/硬磁相相互作用，为无稀土永磁体和磁热疗应用提供新策略。

　　

在纳米材料领域，磁性纳米线（NW）因其独特的量子限域效应和形状各向异性成为研究热点，尤其在自旋电子存储器和高密度磁记录中潜力巨大。然而，如何精确调控其磁性能（如矫顽力、磁相组成）仍是挑战。FeCo合金虽具备高饱和磁化强度（μ₀M_s=2.45 T）和居里温度（950°C），但低磁各向异性和易氧化性限制了其应用。传统方法依赖复杂工艺或稀土掺杂，而电解液pH这一简单参数的调控潜力尚未被系统探索。

为解决这一问题，伊朗卡尚大学的研究团队通过多孔氧化铝模板（PAT）脉冲电沉积技术，在pH 3.00-5.50范围内制备了直径30 nm、长度7 μm的FeCo纳米线阵列，结合X射线衍射（XRD）、高分辨透射电镜（HR-TEM）和一级反转曲线（FORC）分析，揭示了pH对磁性能的调控机制。

关键技术方法
研究采用两步阳极氧化法制备有序PAT模板，通过脉冲电沉积调控电解液pH值。利用场发射扫描电镜（FE-SEM）表征形貌，XRD和HR-TEM分析晶体结构，能量色散X射线光谱（EDX）检测成分，振动样品磁强计（VSM）和FORC测量磁性能。

研究结果

1. 形貌与成分：FE-SEM显示pH变化不影响纳米线长度，但EDX表明pH>5.00时Fe/Co比例改变，伴随CoO、FeO和Fe₃O₄磁性氧化物形成。
2. 结构特征：HR-TEM证实pH>5.00样品出现多晶结构和氧化物相，FFT图谱显示bcc-FeCo与氧化物共存。
3. 磁性能：FORC图谱揭示软磁相（氧化物）与硬磁相（FeCo合金）相互作用，pH从3.00升至5.25时硬磁相矫顽力从1463 Oe增至2453 Oe，归因于氧化物导致的钉扎效应。

结论与意义
该研究首次阐明电解液pH通过调控FeCo纳米线的氧化物形成和晶界结构，实现磁性能的“硬化”。FORC分析为多磁相相互作用提供了微观解释，为设计无稀土永磁体和磁热疗载体开辟新途径。成果发表于《Materials Chemistry and Physics》，展示了简单化学参数在纳米磁体制备中的关键作用。