納米尺度的電磁現象1

1、納米尺度的電磁現象納米尺度的電磁現象 自然自然雜志資深編緝菲爾雜志資深編緝菲爾- -斯祖羅米表示：斯祖羅米表示：“盡盡管真正意義的微型計算機還需幾年時間才能制成，但管真正意義的微型計算機還需幾年時間才能制成，但納米技術在計算機領域的應用意味著今后人們的日常納米技術在計算機領域的應用意味著今后人們的日常生活將發(fā)生巨大的變化，裝有納米計算機芯片的電燈生活將發(fā)生巨大的變化，裝有納米計算機芯片的電燈可以完全實現智能化，根據居室的自然照明情況自動可以完全實現智能化，根據居室的自然照明情況自動調節(jié)亮度，調節(jié)亮度，?！痹谘兄萍{米計算機方面做出很大貢獻的研究人員在研制納米計算機方面做出很大貢獻的研究人員包括美

2、國哈佛大學的包括美國哈佛大學的Yu HuangYu Huang及其同事，他們研制的及其同事，他們研制的微型電線是普通電線的千分之一，可以輕松地安裝到微型電線是普通電線的千分之一，可以輕松地安裝到硅芯片上硅芯片上. . 納米技術領域獲得多項重大成果納米技術領域獲得多項重大成果 繼在繼在2000年開發(fā)出一批納米級裝置后，年開發(fā)出一批納米級裝置后，科學家今年再進一步將這些納米裝置連接成科學家今年再進一步將這些納米裝置連接成為可以工作的電路，這包括納米導線、以納為可以工作的電路，這包括納米導線、以納米碳管和納米導線為基礎的邏輯電路、以及米碳管和納米導線為基礎的邏輯電路、以及只使用一個分子晶體管的可計算

3、電路。分子只使用一個分子晶體管的可計算電路。分子水平計算技術的飛躍水平計算技術的飛躍 有可能為未來誕生極有可能為未來誕生極微小但極快速的分子計算機鋪平道路。微小但極快速的分子計算機鋪平道路。納米材料納米材料納米尺度的電現象納米尺度的電現象納米尺度的磁現象納米尺度的磁現象納米材料納米材料發(fā)展歷史發(fā)展歷史納米結構單元納米結構單元納米材料的基本特性納米材料的基本特性 諾貝爾獎獲得者諾貝爾獎獲得者Feynman在六在六十年代曾經預言：如果我們對物體十年代曾經預言：如果我們對物體微小規(guī)模上的排列加以某種控制的微小規(guī)模上的排列加以某種控制的話，我們就能使物體得到大量的異話，我們就能使物體得到大量的異乎尋常

4、的特性，就會看到材料的性乎尋常的特性，就會看到材料的性能產生豐富的變化。能產生豐富的變化。 1984年德國薩爾蘭大學的年德國薩爾蘭大學的Gleiter以及美國阿貢實驗室的以及美國阿貢實驗室的Siegel相繼成功地制得了純物質的納米細相繼成功地制得了純物質的納米細粉。粉。Gleiter在高真空的條件下將粒在高真空的條件下將粒徑為徑為6nm的的Fe粒子原位加壓成形，粒子原位加壓成形，燒結得到納米微晶塊體，從而使納燒結得到納米微晶塊體，從而使納米材料進入了一個新的階段。米材料進入了一個新的階段。 1985年，英國年，英國Kroto等采用激光加等采用激光加熱石墨蒸發(fā)并在甲苯中形成碳的團簇，熱石墨蒸發(fā)并

5、在甲苯中形成碳的團簇，質譜分析發(fā)現質譜分析發(fā)現C60和和C70的新的譜線的新的譜線. C60具有高穩(wěn)定性的新奇結構，它是具有高穩(wěn)定性的新奇結構，它是由由32面體構成，其中有面體構成，其中有20個六邊形和個六邊形和12個五邊形所構成個五邊形所構成 純純C60固體是絕緣體，用堿金屬摻雜固體是絕緣體，用堿金屬摻雜之后就成為具有金屬性的導體，適當的之后就成為具有金屬性的導體，適當的摻雜成分可以使摻雜成分可以使C60固體成為超導體。固體成為超導體。從此，對從此，對 C60的研究熱潮應運而來。的研究熱潮應運而來。 1990年年7月在美國召開的第一屆國際納月在美國召開的第一屆國際納米科學技術會議，正式宣布納

6、米材料科米科學技術會議，正式宣布納米材料科學為材料科學的一個新分支。學為材料科學的一個新分支。 會上正式提出納米材料學、納米生物學會上正式提出納米材料學、納米生物學、納米電子學和納米機械學的概念，并、納米電子學和納米機械學的概念，并決定出版決定出版納米結構材料納米結構材料、納米生納米生物學物學和和納米技術納米技術的正式學術刊物的正式學術刊物。 1994年在美國波士頓召開的年在美國波士頓召開的MRS秋季會議上正式提出納米材秋季會議上正式提出納米材料工程料工程 納米材料研究的基礎上通過納米納米材料研究的基礎上通過納米合成、納米添加發(fā)展新型的納米材料合成、納米添加發(fā)展新型的納米材料. 現在，人們關注

7、納米尺度顆粒、現在，人們關注納米尺度顆粒、原子團簇、納米絲、納米棒、納米原子團簇、納米絲、納米棒、納米管、納米電纜和納米組裝體系。管、納米電纜和納米組裝體系。 納米組裝體系是以納米顆粒、納納米組裝體系是以納米顆粒、納米絲或納米管為基本單元在一維、米絲或納米管為基本單元在一維、二維和三維空間組裝排列成具有納二維和三維空間組裝排列成具有納米結構的體系，如人造超原子體系、米結構的體系，如人造超原子體系、介孔組裝體系、有序陣列等。介孔組裝體系、有序陣列等。C納米管納米管和和C60球球H2原子和C納米管多層C納米管C納米索線納米索線納米多層管納米多層管C腳手架腳手架C60晶體管晶體管納米變阻箱納米變阻箱

8、 第一階段（第一階段（19901990年以前）年以前） 主要是在實驗室探索用各種手段制備各主要是在實驗室探索用各種手段制備各種材料的納米顆粒粉體，合成塊體（包括種材料的納米顆粒粉體，合成塊體（包括薄膜），研究評估表征的方法，探索納米薄膜），研究評估表征的方法，探索納米材料不同于常規(guī)材料的特殊性能。對納米材料不同于常規(guī)材料的特殊性能。對納米顆粒和納米塊體材料結構的研究在顆粒和納米塊體材料結構的研究在80年代年代末期一度形成熱潮。研究的對象一般局限末期一度形成熱潮。研究的對象一般局限在單一材料和單相材料，國際上通常把這在單一材料和單相材料，國際上通常把這類納米材料稱納米晶或納米相材料。類納米材料稱

9、納米晶或納米相材料。 第二階段（第二階段（19941994年前）年前） 人們關注的熱點是如何利用納米材料人們關注的熱點是如何利用納米材料已挖掘出來的奇特物理、化學和力學性能，已挖掘出來的奇特物理、化學和力學性能，設計納米復合材料，通常采用納米微粒與設計納米復合材料，通常采用納米微粒與納米微粒復合，納米微粒與常規(guī)塊體復合納米微粒復合，納米微粒與常規(guī)塊體復合及發(fā)展復合材料的合成及物性的探索一度及發(fā)展復合材料的合成及物性的探索一度成為納米材料研究的主導方向。成為納米材料研究的主導方向。 第三階段（從第三階段（從19941994年到現在）年到現在） 納米組裝體系、人工組裝合成的納米納米組裝體系、人工組

10、裝合成的納米結構的材料體系越來越受到人們的關注，結構的材料體系越來越受到人們的關注，正在成為納米材料研究的新的熱點。正在成為納米材料研究的新的熱點。 構成納米結構塊體、薄膜、多層膜以及納構成納米結構塊體、薄膜、多層膜以及納米結構的基本單元有下述幾種米結構的基本單元有下述幾種： 團簇團簇 原子團簇是一類新發(fā)現的化學物種，是在原子團簇是一類新發(fā)現的化學物種，是在20世紀世紀80年代才出現的，原子團簇是指幾個至幾年代才出現的，原子團簇是指幾個至幾百個原子的聚集體（粒徑小于或等于百個原子的聚集體（粒徑小于或等于 1nm），），如如Fen，CunSm，CnHm和碳簇（和碳簇（C60, C70和富勒烯和富

11、勒烯等）等。等）等。 絕大多數原子團簇的結構不清楚，但已知有絕大多數原子團簇的結構不清楚，但已知有線狀、層狀、管狀、洋蔥狀、骨架狀、球狀等線狀、層狀、管狀、洋蔥狀、骨架狀、球狀等等等MgH2 塊體塊體鯡骨狀鯡骨狀軌道狀軌道狀層狀層狀Cu分形狀分形狀多孔狀多孔狀Au-足球狀足球狀洋蔥狀洋蔥狀 納米微粒 納米微粒是指顆粒尺寸為納米量級的超細微粒，它的尺度大于原子簇，小于通常的微粉通常，把僅包含幾個到數百個原子或尺度小于1nm的粒子稱為“簇”，它是介于單個原子與固態(tài)之間的原子集合體。納米微粒一般在 1100nm之間，有人稱它為超微粒子。納米微粒是肉眼和一般顯微鏡看不見的微小粒子。 日本名古屋大學上田

12、良二給納米微粒下了一個定義：用電子顯微鏡（用電子顯微鏡（TIM）能看到的微粒稱為納米微粒。能看到的微粒稱為納米微粒。 145個原子組成的1.9 nm 的半導體納米顆粒 人造原子 人造原子（artificial atoms）有時稱為量子點，所謂人造原子是由一定數量的實際原子組成的聚集體，它們的尺寸小于100nm。 從維數來看，包括準零維的量子點、準一維的量子棒和準二維的量子圓盤，甚至把100nm左右的量子器件也看成人造原子。 人造原子與真正原子的差別人造原子與真正原子的差別： 人造原子含有一定數量的真正原子；人造原子含有一定數量的真正原子； 人造原子的形狀和對稱性是多種多樣，真正的原人造原子的形

13、狀和對稱性是多種多樣，真正的原子可以用簡單的球形和立方形來描述，而人造原子可以用簡單的球形和立方形來描述，而人造原子不局限于這些簡單的形狀，除了高對稱性的量子不局限于這些簡單的形狀，除了高對稱性的量子點外，尺寸小于子點外，尺寸小于100nm的低對稱性復雜形狀的的低對稱性復雜形狀的微小體系都可以稱為人造原子；微小體系都可以稱為人造原子； 人造原子電子間強交互作用比實際原子復雜得多；人造原子電子間強交互作用比實際原子復雜得多； 實際原子中電子受原子核吸引作軌道運動，而人實際原子中電子受原子核吸引作軌道運動，而人造原子中電子是處于拋物線形的勢阱中。造原子中電子是處于拋物線形的勢阱中。 納米管、納米棒

14、、納米絲和同軸納米電纜納米管、納米棒、納米絲和同軸納米電纜 早在早在 1970年法國的奧林大學（年法國的奧林大學（University of Orleans）的）的 Endo首次用氣相生長技術制成了直徑首次用氣相生長技術制成了直徑為為7nm的碳纖維，遺憾的是，他沒有對這些碳纖維的碳纖維，遺憾的是，他沒有對這些碳纖維的結構進行細致地評估和表征。的結構進行細致地評估和表征。 1991年，美國海軍實驗室一個研究組提交一篇年，美國海軍實驗室一個研究組提交一篇理論性文章，預計了一種碳納米管的電子結構，但理論性文章，預計了一種碳納米管的電子結構，但當時認為近期內不可能合成碳納米管。當時認為近期內不可能合成

15、碳納米管。 同年同月日本同年同月日本NEC公司飯島等發(fā)現納米碳管，公司飯島等發(fā)現納米碳管，立刻引起了許多科技領域的科學家們極大關注。立刻引起了許多科技領域的科學家們極大關注。 1996年，美國著名的諾貝爾獎金獲得者斯莫利年，美國著名的諾貝爾獎金獲得者斯莫利（Smalley）等合成了成行排列的單壁碳納米管束，）等合成了成行排列的單壁碳納米管束，每一束中含有許多碳納米管，這些碳納米管的直徑每一束中含有許多碳納米管，這些碳納米管的直徑分布很窄分布很窄1991年日本年日本NEC公司公司飯島等發(fā)現納米碳管，飯島等發(fā)現納米碳管，立刻引起了許多科技立刻引起了許多科技領域的科學家們極大領域的科學家們極大關注關

16、注 Nature (1991) 碳納米管是由多個碳納米管是由多個碳原子六方點陣的同軸碳原子六方點陣的同軸圓柱面套構而成的空心圓柱面套構而成的空心小管，其中石墨層可以小管，其中石墨層可以因卷曲方式不同而具有因卷曲方式不同而具有手性。碳納米管的直徑手性。碳納米管的直徑一般為幾納米至幾十納一般為幾納米至幾十納米，長度為幾至幾十微米，長度為幾至幾十微米。米。 碳納米管可以因直徑碳納米管可以因直徑或手性的不同而呈現很或手性的不同而呈現很好的金屬導電性或半導好的金屬導電性或半導體性。體性。 具有極好的可彎折性具有極好的可彎折性具有極好的可扭曲性具有極好的可扭曲性碳納米管可以制作成兩維數據存儲系統(tǒng)碳納米管可

17、以制作成兩維數據存儲系統(tǒng) (1015 bytes/cm2 compared to the current state of the 108 bytes/cm2) .l。 碳納米管的強度比鋼高100多倍，楊氏模量估計可高達5 TPa， 這是目前可制備出的具有最高比強度的材料，而比重卻只有鋼的1/6；同時碳納米管還具有極高的韌性，十分柔軟。它被認為是未來的 “超級纖維”，是復合材料中極好的加強材料。Another long single carbon nanotube (multiwalled carbon nanotube) attached to 4 gold contacts from ab

18、ove. This time, the inner two contacts are spaced by more than 1 micrometer. 納米棒、納米絲和納米線納米棒、納米絲和納米線 準一維實心的納米材料是指在兩維方向上為納米尺度，長度比上述兩維方向上的尺度大得多，甚至為宏觀量的新型納米材料 縱橫比（長度與直徑的比率）小的稱為納米棒，縱橫比大的稱作納米絲至今，關于納米棒與納米絲之間并沒有一個統(tǒng)一的標準，通常把長度小于 1mm的納米絲稱為納米棒，長度大于 1mm的稱為納米絲線半導體和金屬納米線通常稱為量子線納米棒納米棒氮化硅納米絲SANDWICHMicroscopy method

19、s reveal abrupt interfaces in an InAs/InP (green and orange, respectively) nanowire Au nanocontacts The pictures show two different examples of final configurations just before rupture of the contact.人工組裝合成的納米結構的體系人工組裝合成的納米結構的體系納米齒輪納米齒輪T形和形和Y形結形結宏觀量子隧道效應小尺寸效應小尺寸效應表面效應表面效應l 電子具有粒子性又具有波動性，因此存在隧道效電子具有粒

20、子性又具有波動性，因此存在隧道效應。近年來，人們發(fā)現一些宏觀物理量，如微顆應。近年來，人們發(fā)現一些宏觀物理量，如微顆粒的磁化強度、量子相干器件中的粒的磁化強度、量子相干器件中的磁通量等亦顯磁通量等亦顯示出隧道效應示出隧道效應，稱之為宏觀的量子隧道效應。，稱之為宏觀的量子隧道效應。l量子尺寸效應、宏觀量子隧道效應將會是未來微量子尺寸效應、宏觀量子隧道效應將會是未來微電子、光電子器件的基礎，或者它確立了現存微電子、光電子器件的基礎，或者它確立了現存微電子器件進一步微型化的極限，當微電子器件進電子器件進一步微型化的極限，當微電子器件進一步微型化時必須要考慮上述的量子效應。一步微型化時必須要考慮上述的

21、量子效應。l例如，在制造半導體集成電路時，當電路的尺寸例如，在制造半導體集成電路時，當電路的尺寸接近電子波長時，電子就通過隧道效應而溢出器接近電子波長時，電子就通過隧道效應而溢出器件，使器件無法正常工作，經典電路的極限尺寸件，使器件無法正常工作，經典電路的極限尺寸大概在大概在025微米。目前研制的量子共振隧穿晶體微米。目前研制的量子共振隧穿晶體管就是利用量子效應制成的新一代器件。管就是利用量子效應制成的新一代器件。l介于原子、分子與大塊固體之間的納米顆粒，大介于原子、分子與大塊固體之間的納米顆粒，大塊材料中連續(xù)的能帶將分裂為分立的能級；能級塊材料中連續(xù)的能帶將分裂為分立的能級；能級間的間距隨顆

22、粒尺寸減小而增大。當熱能、電場間的間距隨顆粒尺寸減小而增大。當熱能、電場能或者磁場能比平均的能級間距還小時，就會呈能或者磁場能比平均的能級間距還小時，就會呈現一系列與宏觀物體截然不同的反常特性，稱之現一系列與宏觀物體截然不同的反常特性，稱之為量子尺寸效應。為量子尺寸效應。 l 例如，導電的金屬在超微顆粒時可以變成絕例如，導電的金屬在超微顆粒時可以變成絕緣體，磁矩的大小和顆粒中電子是奇數還是偶數緣體，磁矩的大小和顆粒中電子是奇數還是偶數有關，比熱亦會反常變化，光譜線會產生向短波有關，比熱亦會反常變化，光譜線會產生向短波長方向的移動，這就是量子尺寸效應的宏觀表現。長方向的移動，這就是量子尺寸效應的

23、宏觀表現。因此，對超微顆粒在低溫條件下必須考慮量子效因此，對超微顆粒在低溫條件下必須考慮量子效應，原有宏觀規(guī)律已不再成立。應，原有宏觀規(guī)律已不再成立。 隨著顆粒尺寸的量變，在一定條件下會引起顆粒隨著顆粒尺寸的量變，在一定條件下會引起顆粒性質的質變。由于顆粒尺寸變小所引起的宏觀物理性性質的質變。由于顆粒尺寸變小所引起的宏觀物理性質的變化稱為小尺寸效應。質的變化稱為小尺寸效應。 特殊的光學性質特殊的光學性質 當黃金被細分到小于光波波長的尺寸時，即失去當黃金被細分到小于光波波長的尺寸時，即失去了原有的富貴光澤而呈黑色。事實上，所有的金屬在了原有的富貴光澤而呈黑色。事實上，所有的金屬在超微顆粒狀態(tài)都呈

24、現為黑色。尺寸越小，顏色愈黑，超微顆粒狀態(tài)都呈現為黑色。尺寸越小，顏色愈黑，銀白色的鉑（白金）變成鉑黑，金屬鉻變成鉻黑。由銀白色的鉑（白金）變成鉑黑，金屬鉻變成鉻黑。由此可見，金屬超微顆粒對光的反射率很低，通?？傻痛丝梢?，金屬超微顆粒對光的反射率很低，通?？傻陀谟趌，大約幾微米的厚度就能完全消光。利用這個特，大約幾微米的厚度就能完全消光。利用這個特性可以作為高效率的光熱、光電等轉換材料，可以高性可以作為高效率的光熱、光電等轉換材料，可以高效率地將太陽能轉變?yōu)闊崮?、電能。此外又有可能應效率地將太陽能轉變?yōu)闊崮堋㈦娔?。此外又有可能應用于紅外敏感元件、紅外隱身技術等。用于紅外敏感元件、紅外隱身技術等

25、。 特殊的熱學性質特殊的熱學性質 固態(tài)物質在其形態(tài)為大尺寸時，其熔點是固定的，固態(tài)物質在其形態(tài)為大尺寸時，其熔點是固定的，超細微化后卻發(fā)現其熔點將顯著降低，當顆粒小于超細微化后卻發(fā)現其熔點將顯著降低，當顆粒小于10納米量級時尤為顯著。納米量級時尤為顯著。 例如，金的常規(guī)熔點為例如，金的常規(guī)熔點為1064，當顆粒尺寸減小，當顆粒尺寸減小到到10納米尺寸時，則降低納米尺寸時，則降低27，2納米尺寸時的熔點納米尺寸時的熔點僅為僅為327左右；銀的常規(guī)熔點為左右；銀的常規(guī)熔點為670，而超微銀顆，而超微銀顆粒的熔點可低于粒的熔點可低于100。 因此，超細銀粉制成的導電漿料可以進行低溫燒因此，超細銀粉制

26、成的導電漿料可以進行低溫燒結，此時元件的基片不必采用耐高溫的陶瓷材料，甚結，此時元件的基片不必采用耐高溫的陶瓷材料，甚至可用塑料。采用超細銀粉漿料，可使膜厚均勻，覆至可用塑料。采用超細銀粉漿料，可使膜厚均勻，覆蓋面積大，既省料又具高質量。超微顆粒熔點下降的蓋面積大，既省料又具高質量。超微顆粒熔點下降的性質對粉末冶金工業(yè)具有一定的吸引力。例如，在鎢性質對粉末冶金工業(yè)具有一定的吸引力。例如，在鎢顆粒中附加顆粒中附加0.10.5重量比的超微鎳顆粒后，可重量比的超微鎳顆粒后，可使燒結溫度從使燒結溫度從3000降低到降低到12001300，以致可在，以致可在較低的溫度下燒制成大功率半導體管的基片。較低的

27、溫度下燒制成大功率半導體管的基片。l 特殊的磁學性質特殊的磁學性質 l 人們發(fā)現鴿子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及人們發(fā)現鴿子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趨磁細菌等生物體中存在超生活在水中的趨磁細菌等生物體中存在超微的磁性顆粒，使這類生物在地磁場導航微的磁性顆粒，使這類生物在地磁場導航下能辨別方向，具有回歸的本領。磁性超下能辨別方向，具有回歸的本領。磁性超微顆粒實質上是一個生物磁羅盤，生活在微顆粒實質上是一個生物磁羅盤，生活在水中的趨磁細菌依靠它游向營養(yǎng)豐富的水水中的趨磁細菌依靠它游向營養(yǎng)豐富的水底。通過電子顯微鏡的研究表明，在趨磁底。通過電子顯微鏡的研究表明，在趨磁細菌體內通常含有直徑約為細菌

28、體內通常含有直徑約為 210-2微米的微米的磁性氧化物顆粒。磁性氧化物顆粒。 小尺寸的超微顆粒磁性與大塊材料顯著的不同，小尺寸的超微顆粒磁性與大塊材料顯著的不同，大塊的純鐵矯頑力約為大塊的純鐵矯頑力約為 80安米，而當顆粒尺寸安米，而當顆粒尺寸減小到減小到 210-2微米以下時，其矯頑力可增加微米以下時，其矯頑力可增加1千千倍，若進一步減小其尺寸，大約小于倍，若進一步減小其尺寸，大約小于 610-3微米微米時，其矯頑力反而降低到零，呈現出超順磁性。時，其矯頑力反而降低到零，呈現出超順磁性。利用磁性超微顆粒具有高矯頑力的特性，已作成利用磁性超微顆粒具有高矯頑力的特性，已作成高貯存密度的磁記錄磁粉

29、，大量應用于磁帶、磁高貯存密度的磁記錄磁粉，大量應用于磁帶、磁盤、磁卡以及磁性鑰匙等。利用超順磁性，人們盤、磁卡以及磁性鑰匙等。利用超順磁性，人們已將磁性超微顆粒制成用途廣泛的磁性液體。已將磁性超微顆粒制成用途廣泛的磁性液體。l 特殊的力學性質特殊的力學性質 陶瓷材料在通常情況下呈脆性，然而由納米超陶瓷材料在通常情況下呈脆性，然而由納米超微顆粒壓制成的納米陶瓷材料卻具有良好的韌性。微顆粒壓制成的納米陶瓷材料卻具有良好的韌性。因為納米材料具有大的界面，界面的原子排列是因為納米材料具有大的界面，界面的原子排列是相當混亂的，原子在外力變形的條件下很容易遷相當混亂的，原子在外力變形的條件下很容易遷移，

30、因此表現出甚佳的韌性與一定的延展性，使移，因此表現出甚佳的韌性與一定的延展性，使陶瓷材料具有新奇的力學性質。美國學者報道氟陶瓷材料具有新奇的力學性質。美國學者報道氟化鈣納米材料在室溫下可以大幅度彎曲而不斷裂。化鈣納米材料在室溫下可以大幅度彎曲而不斷裂。研究表明，人的牙齒之所以具有很高的強度，是研究表明，人的牙齒之所以具有很高的強度，是因為它是由磷酸鈣等納米材料構成的。呈納米晶因為它是由磷酸鈣等納米材料構成的。呈納米晶粒的金屬要比傳統(tǒng)的粗晶粒金屬硬粒的金屬要比傳統(tǒng)的粗晶粒金屬硬35倍。至于倍。至于金屬一陶瓷等復合納米材料則可在更大的范圍內金屬一陶瓷等復合納米材料則可在更大的范圍內改變材料的力學性

31、質，其應用前景十分寬廣。改變材料的力學性質，其應用前景十分寬廣。 超微顆粒的小尺寸效應還表現在超導電性、介超微顆粒的小尺寸效應還表現在超導電性、介電性能、聲學特性以及化學性能等方面。電性能、聲學特性以及化學性能等方面。 球形顆粒的表面積與直徑的平方成正比，球形顆粒的表面積與直徑的平方成正比，其體積與直徑的立方成正比，故其比表面積其體積與直徑的立方成正比，故其比表面積（表面積體積）與直徑成反比。隨著顆粒直（表面積體積）與直徑成反比。隨著顆粒直徑變小，比表面積將會顯著增大，說明表面原徑變小，比表面積將會顯著增大，說明表面原子所占的百分數將會顯著地增加。對直徑大于子所占的百分數將會顯著地增加。對直徑

32、大于 0.1微米的顆粒表面效應可忽略不計，當尺寸小微米的顆粒表面效應可忽略不計，當尺寸小于于 0.1微米時，其表面原子百分數激劇增長，甚微米時，其表面原子百分數激劇增長，甚至至1克超微顆粒表面積的總和可高達克超微顆粒表面積的總和可高達100米米2，這，這時的表面效應將不容忽略。時的表面效應將不容忽略。 超微顆粒的表面與大塊物體的表面是十分超微顆粒的表面與大塊物體的表面是十分不同的，若用高倍率電子顯微鏡對金超微顆不同的，若用高倍率電子顯微鏡對金超微顆粒進行電視攝像，實時觀察發(fā)現這些顆粒沒粒進行電視攝像，實時觀察發(fā)現這些顆粒沒有固定的形態(tài)，隨著時間的變化會自動形成有固定的形態(tài)，隨著時間的變化會自動

33、形成各種形狀（如立方八面體，十面體，二十面各種形狀（如立方八面體，十面體，二十面體多晶等），它既不同于一般固體，又不同體多晶等），它既不同于一般固體，又不同于液體，是一種準固體。在電子顯微鏡的電于液體，是一種準固體。在電子顯微鏡的電子束照射下，表面原子仿佛進入了子束照射下，表面原子仿佛進入了“沸騰沸騰”狀態(tài)，尺寸大于狀態(tài)，尺寸大于10納米后才看不到這種顆粒納米后才看不到這種顆粒結構的不穩(wěn)定性，這時微顆粒具有穩(wěn)定的結結構的不穩(wěn)定性，這時微顆粒具有穩(wěn)定的結構狀態(tài)。構狀態(tài)。 超微顆粒的表面具有很高的活性，超微顆粒的表面具有很高的活性，在空氣中金屬顆粒會迅速氧化而燃燒。在空氣中金屬顆粒會迅速氧化而燃燒

34、。如要防止自燃，可采用表面包覆或有意如要防止自燃，可采用表面包覆或有意識地控制氧化速率，使其緩慢氧化生成識地控制氧化速率，使其緩慢氧化生成一層極薄而致密的氧化層，確保表面穩(wěn)一層極薄而致密的氧化層，確保表面穩(wěn)定化。利用表面活性，金屬超微顆粒可定化。利用表面活性，金屬超微顆粒可望成為新一代的高效催化劑和貯氣材料望成為新一代的高效催化劑和貯氣材料以及低熔點材料。以及低熔點材料。基本電特性基本電特性庫侖堵塞庫侖堵塞量子點量子點納米電子學納米電子學納米晶體管納米晶體管信息產業(yè)信息產業(yè)單電子單電子 器件器件磁電子磁電子 器件器件過濾器過濾器截止器截止器諧振器諧振器微電容微電容微電極微電極自旋電自旋電子器件

35、子器件共振隧共振隧穿器件穿器件光電子光電子 器件器件巨磁電巨磁電阻器件阻器件量子點和分量子點和分子電子器件子電子器件納米結構器納米結構器件納米加工件納米加工 納米技術納米技術新工業(yè)革命的主導技術新工業(yè)革命的主導技術高集成、高空間分辨率，存儲密度：高集成、高空間分辨率，存儲密度：1000GB 計算速度提高計算速度提高1001000倍、功率增加倍、功率增加1000倍倍，能耗降低一百萬倍，芯片尺寸降低，能耗降低一百萬倍，芯片尺寸降低1001000倍倍電導電導介電特性介電特性壓電效應壓電效應電導是常規(guī)金屬和合金材料一個重要的性電導是常規(guī)金屬和合金材料一個重要的性質納米材料的出現，人們對電導（電阻）的研

36、究質納米材料的出現，人們對電導（電阻）的研究又進入了一個新的層次由于納米構中龐大體積百又進入了一個新的層次由于納米構中龐大體積百分數的界面使平移周期在一定范圍內遭到嚴重的破分數的界面使平移周期在一定范圍內遭到嚴重的破壞顆粒尺寸愈小，電子平均自由程愈短，這種材壞顆粒尺寸愈小，電子平均自由程愈短，這種材料偏移理想周期場就愈嚴重，這就帶來了一系列的料偏移理想周期場就愈嚴重，這就帶來了一系列的問題：問題：（i）納米金屬和合金與常規(guī)材料金屬與合金電）納米金屬和合金與常規(guī)材料金屬與合金電 導（電阻）行為是否相同導（電阻）行為是否相同?（ii）納米材料電導（電阻）與溫度的關系有什）納米材料電導（電阻）與溫度

37、的關系有什 么差別么差別?（iii）電子在納米結構體系中的運動和散射有什）電子在納米結構體系中的運動和散射有什 么新的特點么新的特點?Gleiter等對納米金屬等對納米金屬Cu，Pd，Fe塊體的電塊體的電阻與溫度關系，電阻溫度系數與顆粒尺寸的關阻與溫度關系，電阻溫度系數與顆粒尺寸的關系進行了系統(tǒng)的研究表明：隨顆粒尺寸減小，系進行了系統(tǒng)的研究表明：隨顆粒尺寸減小，電阻溫度系數下降，與常規(guī)粗晶基本相似其電阻溫度系數下降，與常規(guī)粗晶基本相似其差別在于納米材料的電阻高于常規(guī)材料，電阻差別在于納米材料的電阻高于常規(guī)材料，電阻溫度系數強烈依賴于晶粒尺寸當顆粒小于某溫度系數強烈依賴于晶粒尺寸當顆粒小于某一臨

38、界尺寸（電子平均自由程）時，電阻溫度一臨界尺寸（電子平均自由程）時，電阻溫度系數可能由正變負。系數可能由正變負。例如，納米銀細粒徑和構成粒子的晶粒直徑分別減小至等于或小于18nm和11nm時， 室溫以下的電阻隨溫度上升呈線性下降，即電阻溫度系數a由正變負。 介電特性是材料的基本物性介電特性是材料的基本物性, 電介質材料中電介質材料中介電常數和介電耗損是最重要的物理特性介電常數和介電耗損是最重要的物理特性. 常規(guī)材料的極化都與結構的有序相聯系，而常規(guī)材料的極化都與結構的有序相聯系，而納米材料在結構上與常規(guī)粗晶材料存在很大的差納米材料在結構上與常規(guī)粗晶材料存在很大的差別它的介電行為（介電常數、介電

39、損耗）有自別它的介電行為（介電常數、介電損耗）有自己的特點。主要表現在介電常數和介電損耗與顆己的特點。主要表現在介電常數和介電損耗與顆粒尺寸有很強的依賴關系。電場頻率對介電行為粒尺寸有很強的依賴關系。電場頻率對介電行為有極強的影響。有極強的影響。 目前，對于不同粒徑的納米非晶氨化硅、納目前，對于不同粒徑的納米非晶氨化硅、納米米 a aA12O3、納米、納米TiO2銳鈦礦、金紅石和納米銳鈦礦、金紅石和納米 Si塊材的介電行為的研究已獲得了一些結果，歸塊材的介電行為的研究已獲得了一些結果，歸納起來有以下幾點：納起來有以下幾點： （1）納米材料的介電常數）納米材料的介電常數e e或相對介電常數或相對

40、介電常數e er隨測量頻率減小呈明顯的上升趨勢。隨測量頻率減小呈明顯的上升趨勢。 （3）納米）納米a aA12O3塊體的介電損耗頻率譜上出現塊體的介電損耗頻率譜上出現一個損耗峰損耗峰的峰位隨粒徑增大移向高頻。一個損耗峰損耗峰的峰位隨粒徑增大移向高頻。7nm27nm84nm258nm 某些晶體受到機械作用（應力或應變）在其某些晶體受到機械作用（應力或應變）在其兩端出現符號相反束縛電荷的現象稱壓電效應。兩端出現符號相反束縛電荷的現象稱壓電效應。具有壓電效應的物體稱為壓電體。具有壓電效應的物體稱為壓電體。 早在早在1894年，年，Voigt就指出，在就指出，在 32種點群的種點群的晶體中，僅有晶體中

41、，僅有 20種非中心對稱點群的晶體才可種非中心對稱點群的晶體才可能具有壓電效應，但至今壓電性的微觀理論研能具有壓電效應，但至今壓電性的微觀理論研究方面還存在許多問題，無法與實驗結果一致，究方面還存在許多問題，無法與實驗結果一致， 但壓電效應實質上是由晶體介質極化引起。但壓電效應實質上是由晶體介質極化引起。 我國科技工作在我國科技工作在 LICVD納米非晶氨化硅塊納米非晶氨化硅塊體上觀察到強的壓電效應，并指出制備塊狀試體上觀察到強的壓電效應，并指出制備塊狀試樣條件對壓電常數的影響相大。壓強為樣條件對壓電常數的影響相大。壓強為60MPa的納米非晶氮化硅試樣具有最高的壓電的納米非晶氮化硅試樣具有最高

42、的壓電常數。常數。 庫侖堵塞效應是庫侖堵塞效應是20世紀世紀80年代介觀領域所發(fā)年代介觀領域所發(fā)現的極其重要的物理現象之一當體系的尺度進現的極其重要的物理現象之一當體系的尺度進入到納米級，體系是電荷入到納米級，體系是電荷“量子化量子化”的，即充電的，即充電和放電過程是不連續(xù)的，充入一個電子所需的能和放電過程是不連續(xù)的，充入一個電子所需的能量量Ec 為為e2/2C，體系越小，體系越小，C越小，能量越大。這越小，能量越大。這個能量稱為庫侖堵塞能。個能量稱為庫侖堵塞能。 換句話說，庫侖堵塞能是前一個電子對后一換句話說，庫侖堵塞能是前一個電子對后一個電子的庫侖排斥能，這就導致了對一個小體系個電子的庫侖

43、排斥能，這就導致了對一個小體系的充放電過程，電子不能集體傳輸，而是一個一的充放電過程，電子不能集體傳輸，而是一個一個單電子的傳輸通常把小體系這種單電子輸運個單電子的傳輸通常把小體系這種單電子輸運行為稱庫侖堵塞效應。行為稱庫侖堵塞效應。 當電極電壓低于閾值時當電極電壓低于閾值時,電子傳輸過程不能發(fā)生電子傳輸過程不能發(fā)生,當電壓大于該值時當電壓大于該值時,充電充電過程可以發(fā)生過程可以發(fā)生. 庫侖阻塞的震蕩特征庫侖阻塞的震蕩特征, 可應用于開關電路可應用于開關電路 如果兩個量子點通過一個如果兩個量子點通過一個“結結”連接起來，連接起來，一個量子點上的單個電子穿過能壘到到另一個量一個量子點上的單個電子

44、穿過能壘到到另一個量子點上的行為稱作量子隧穿為了使單電子從一子點上的行為稱作量子隧穿為了使單電子從一個量子點隧穿到另一個量子點，在一個量子點上個量子點隧穿到另一個量子點，在一個量子點上所加的電壓必須克服所加的電壓必須克服 Ec，即，即V eC、通常，、通常，庫侖堵塞和量子隧穿都是在極低溫度情況下觀察庫侖堵塞和量子隧穿都是在極低溫度情況下觀察到的，觀察到的條件是（到的，觀察到的條件是（ e2/2C） kBT。 有人已作了估計，如果量子點的尺寸為有人已作了估計，如果量子點的尺寸為1nm左右，我們可以在室溫下觀察到上述效應當量左右，我們可以在室溫下觀察到上述效應當量子點尺寸在十幾納米范圍，觀察上述效

45、應必須在子點尺寸在十幾納米范圍，觀察上述效應必須在液氮溫度下原因很容易理解，體系的尺寸越小，液氮溫度下原因很容易理解，體系的尺寸越小，電容電容 C越小，越小， e2/2C就越大，這就允許我們在較就越大，這就允許我們在較高溫度下進行觀察利用庫侖堵塞和量子隧穿效高溫度下進行觀察利用庫侖堵塞和量子隧穿效應可以設計下一代的納米結構器件，如單電子晶應可以設計下一代的納米結構器件，如單電子晶體管和量子開關等。體管和量子開關等。 l l l 研究者使用有機分子和一種化學自組裝流程顯著研究者使用有機分子和一種化學自組裝流程顯著縮小了晶體管的體積，研制出了直徑僅為縮小了晶體管的體積，研制出了直徑僅為1到到2納米

46、納米的晶體管。的晶體管。利用這種技術，未來的計算機芯片還可以大幅利用這種技術，未來的計算機芯片還可以大幅縮小，否則的話由于芯片體積越來越小，上面可以縮小，否則的話由于芯片體積越來越小，上面可以安裝的晶體管數量將極其有限，從而阻礙芯片行業(yè)安裝的晶體管數量將極其有限，從而阻礙芯片行業(yè)在未來在未來10到到15年的發(fā)展。年的發(fā)展。芯片上能夠安裝的晶體管數量越多，芯片傳輸芯片上能夠安裝的晶體管數量越多，芯片傳輸信息的速度就會越快，因此納米晶體管的問世將對信息的速度就會越快，因此納米晶體管的問世將對芯片產業(yè)起到革命性的意義。這些科學家在研究中芯片產業(yè)起到革命性的意義。這些科學家在研究中使用了名為使用了名為

47、“硫醇硫醇”的有機分子，他們表示這種分的有機分子，他們表示這種分子在電流的控制和增容方面具有突出的效力。而且，子在電流的控制和增容方面具有突出的效力。而且，這些分子還可以自行組裝，從而將各個導電器件連這些分子還可以自行組裝，從而將各個導電器件連為一體。為一體。 Nano-transistor （納米晶體管）（納米晶體管）納米碳管晶體管納米碳管晶體管 只需一個電子就可實現開關狀態(tài)只需一個電子就可實現開關狀態(tài) 2001年7月6日出版的美國科學周刊報道，荷蘭研究人員制造出的這種晶體管是首個能在室溫下有效工作的單電子納米碳管晶體管。他們使用一個單獨的納米碳管為原材料，利用原子作用力顯微鏡的尖端在碳管里

48、制造帶扣狀的銳利彎曲，這些帶扣的作用如同屏障，它只允許單獨的電子在一定電壓下通過。 用此方法制造的納米碳管單電子晶體管只有1納米寬、20納米長，整體不足人的頭發(fā)絲直徑的500分之一。 對于致力于開發(fā)出更小的電腦芯片的研究員來說，單電子晶體管概念越來越有吸引力。因為這種特殊的單電子晶體管只需要一個電子來實現“開”和“關”狀態(tài)，即計算機中的“0”和“1”，相比之下，普通微電子學中的晶體管使用數百萬個電子來實現開、關狀態(tài)。正因以上優(yōu)點，單電子晶體管將成為未來分子計算機的理想材料。Nanotube field-effect transistorTransistors are the basic bui

49、lding blocks of integrated circuits. To use nanotubes in future circuits it is essential to be able to make transistors from them. We have successfully fabricated and tested nanotube transistors using individual multi-wall or single-wall nanotubes as the channel of a field-effect transistor .納米材料的基本

50、磁特性納米材料的基本磁特性納米多層中的巨磁電阻效應納米多層中的巨磁電阻效應納米磁性材料納米磁性材料超順磁性超順磁性高矯頑力高矯頑力低居里溫度低居里溫度高磁化率高磁化率 納米微粒的小尺寸效應、量子尺寸效應、表納米微粒的小尺寸效應、量子尺寸效應、表面效應等使得它具有常規(guī)粗晶粒材料所不具備的面效應等使得它具有常規(guī)粗晶粒材料所不具備的磁特性磁特性 超順磁性超順磁性: 納米微粒尺寸小到一定臨界值時納米微粒尺寸小到一定臨界值時進入超順磁狀態(tài)，例如進入超順磁狀態(tài)，例如 a aFe，Fe3O4和等粒徑分和等粒徑分別為別為 5nm，16nm時變成順磁體這時磁化率時變成順磁體這時磁化率c c不不再服從居里一外斯定

51、律再服從居里一外斯定律 c c=C(T-Tc) 例如粒徑為例如粒徑為85nm的納米的納米Ni微粒，微粒， c c服從居里一服從居里一外斯定律，而粒徑小于外斯定律，而粒徑小于15nm的的Ni微粒，矯頑力微粒，矯頑力Hc0，這說明它們進入了超順磁狀態(tài)。，這說明它們進入了超順磁狀態(tài)。在小尺寸下，當各向異性能減少到在小尺寸下，當各向異性能減少到與熱運動能可相比擬時，磁化方向就不與熱運動能可相比擬時，磁化方向就不再固定在一個易磁化方向，易磁化方向再固定在一個易磁化方向，易磁化方向作無規(guī)律的變化，結果導致順磁性的出作無規(guī)律的變化，結果導致順磁性的出現，不同種類的納米磁性微粒顯現超順現，不同種類的納米磁性微

52、粒顯現超順磁性的臨界尺寸是不同的。磁性的臨界尺寸是不同的。超順磁狀態(tài)的起源 矯頑力納米微粒尺寸高于超順磁臨界尺寸矯頑力納米微粒尺寸高于超順磁臨界尺寸時通常呈現高的橋頑力時通常呈現高的橋頑力C例如，用惰性氣體蒸發(fā)冷凝方法制備的例如，用惰性氣體蒸發(fā)冷凝方法制備的Fe納米微粒。隨著顆粒變小飽和磁化強度納米微粒。隨著顆粒變小飽和磁化強度有有所下降，但矯頑力卻顯著地增加，在所下降，但矯頑力卻顯著地增加，在.5K時時達達1.27105A/m。室溫下，。室溫下，Fe的矯頑力仍保持的矯頑力仍保持104A/m, 而常規(guī)的而常規(guī)的Fe塊的矯頑力為塊的矯頑力為80A/m。有兩種解釋：一致轉動模式和球鏈反轉磁化模有兩

53、種解釋：一致轉動模式和球鏈反轉磁化模式式v一致轉動磁化模式基本內容是：當粒子尺寸小一致轉動磁化模式基本內容是：當粒子尺寸小到某一尺寸時，每個粒子就是一個單磁疇，例如到某一尺寸時，每個粒子就是一個單磁疇，例如對于對于Fe和和Fe3O4單磁疇的臨界尺寸分別為單磁疇的臨界尺寸分別為 12nm和和 40nm。每個單磁疇的納米微粒實際上成為一個。每個單磁疇的納米微粒實際上成為一個永久磁鐵，要使這個磁鐵去掉磁性，必須使每個永久磁鐵，要使這個磁鐵去掉磁性，必須使每個粒子整體的磁矩反轉，這需要很大的反向磁場，粒子整體的磁矩反轉，這需要很大的反向磁場，即具有較高的矯頑力許多實驗表明，納米微粒即具有較高的矯頑力許

54、多實驗表明，納米微粒的的Hc測量值與一致轉動的理論值不相符合測量值與一致轉動的理論值不相符合v也有人認為，納米顆粒的高矯頑力來源應用球鏈也有人認為，納米顆粒的高矯頑力來源應用球鏈球鏈反轉磁化模式來解釋，即由于靜磁作用球形球鏈反轉磁化模式來解釋，即由于靜磁作用球形納米納米Ni微粒形成鏈狀，計算結果與實驗值可比擬，微粒形成鏈狀，計算結果與實驗值可比擬，略大于實驗值，修正后，可定性解析高嬌頑力。略大于實驗值，修正后，可定性解析高嬌頑力。居里溫度是物質磁性的重要參數，通常與交居里溫度是物質磁性的重要參數，通常與交換積分換積分Jc成正比，并與原子構型和間距有關。對成正比，并與原子構型和間距有關。對于薄膜

55、，理論與實驗研究表明，隨著鐵磁薄膜厚于薄膜，理論與實驗研究表明，隨著鐵磁薄膜厚度的減小，居里溫度下降。對于納米微粒，由于度的減小，居里溫度下降。對于納米微粒，由于小尺寸效應和表面效應而導致納米粒子的本征和小尺寸效應和表面效應而導致納米粒子的本征和 內稟的磁性變化，因此具有較低的居里溫度。內稟的磁性變化，因此具有較低的居里溫度。例如例如 85nm粒徑的粒徑的 Ni 微粒，由于磁化率在居微粒，由于磁化率在居里溫度呈現明顯的峰值，因此通過測量低磁場下里溫度呈現明顯的峰值，因此通過測量低磁場下磁化率與溫度關系可得到居里溫度略低于常規(guī)塊磁化率與溫度關系可得到居里溫度略低于常規(guī)塊體體Ni的居里溫度。的居里

56、溫度。超順磁性顆粒的居里溫度，隨粒徑的下降有超順磁性顆粒的居里溫度，隨粒徑的下降有所下降。所下降。納米微粒的磁性與它所含的總電子數的奇偶納米微粒的磁性與它所含的總電子數的奇偶性密切相關，每個微粒的電子可以看成一個體系，性密切相關，每個微粒的電子可以看成一個體系，電子數的宇稱可為奇或偶。一價金屬的微粉，一電子數的宇稱可為奇或偶。一價金屬的微粉，一半粒子的宇稱為奇，另一半為偶，兩價金屬的粒半粒子的宇稱為奇，另一半為偶，兩價金屬的粒子的宇稱為偶，電子數為奇或偶數的粒子磁性有子的宇稱為偶，電子數為奇或偶數的粒子磁性有不同溫度特點。不同溫度特點。電子數為奇數的粒子集合體的磁化率服從居電子數為奇數的粒子集

57、合體的磁化率服從居里一外斯定律，里一外斯定律，c c=C/(T-Tc), 量子尺寸效應使磁化量子尺寸效應使磁化率遵從率遵從-3規(guī)律規(guī)律;電子數為偶數的系統(tǒng)電子數為偶數的系統(tǒng), c ckBT, 并遵從并遵從規(guī)律。規(guī)律。納米磁性金屬的工值是常規(guī)金屬的納米磁性金屬的工值是常規(guī)金屬的20倍。倍。 1986年德國科學家年德國科學家Grunberg小組有一重要的發(fā)小組有一重要的發(fā)現，就是在現，就是在Fe/Cr/Fe三層膜中觀察到兩個鐵層之間通三層膜中觀察到兩個鐵層之間通過鉻層產生耦合。過鉻層產生耦合。 1988年法國科學家年法國科學家Fert小組在小組在Fe/Cr周期性多層周期性多層膜中，觀察膜中，觀察

58、到當施加外磁場時，其電阻下降，變化率到當施加外磁場時，其電阻下降，變化率高達高達50。因此稱之為巨磁電阻效應。因此稱之為巨磁電阻效應(giant magnetoresistance, GMR)。 1995年，人們以絕緣層年，人們以絕緣層Al2O3代替導體代替導體Cr，觀察，觀察到很大的隧道磁電阻到很大的隧道磁電阻(TMR)現象?，F象。 基于基于GMR和和TMR的發(fā)現，一個新的學科分支的發(fā)現，一個新的學科分支磁電子學的概念被提出了。磁電子學的概念被提出了。 從那時起，科技人員從那時起，科技人員一直堅持不懈地努力，將上述創(chuàng)新性發(fā)現轉化為信息一直堅持不懈地努力，將上述創(chuàng)新性發(fā)現轉化為信息技術技術(I

59、T)產業(yè)化。產業(yè)化。 l 1999年以年以GMR多層膜為磁頭的硬盤驅動器多層膜為磁頭的硬盤驅動器(HDD) 進入市場，其存儲密度達到進入市場，其存儲密度達到11Gbits/in2，而而1990年僅為年僅為0.1Gbits/in2，10年中提高了年中提高了100倍。倍。l 目前目前GMR的研究開發(fā)工作正方興未艾，而將的研究開發(fā)工作正方興未艾，而將上述隧道磁電阻上述隧道磁電阻(TMR)多層膜應用于新型隨機存多層膜應用于新型隨機存儲器儲器 (MRAM)的研究又已經展開。的研究又已經展開。 l 在在Fe/Cr/Fe系統(tǒng)中，相鄰鐵層間存在著耦合，系統(tǒng)中，相鄰鐵層間存在著耦合，它隨鉻層厚度的增加而呈正負交

60、替的振蕩衰它隨鉻層厚度的增加而呈正負交替的振蕩衰 減形減形式。使得相鄰鐵層磁矩從彼此反平行取向到平行式。使得相鄰鐵層磁矩從彼此反平行取向到平行取向交替變化取向交替變化。外磁場也可使多層膜中鐵外磁場也可使多層膜中鐵 磁層的磁層的反平行磁化狀態(tài)發(fā)生變化。當通以電流時，這種反平行磁化狀態(tài)發(fā)生變化。當通以電流時，這種磁化狀態(tài)的變化就以電阻變化的形式反磁化狀態(tài)的變化就以電阻變化的形式反 映出來。映出來。這就是這就是GMR現象的物理機制?，F象的物理機制。l 以以Cr中電子為中介的鐵層間的耦合，隨著中電子為中介的鐵層間的耦合，隨著Cr層層厚度增加而振蕩衰減。其平均作用范圍為厚度增加而振蕩衰減。其平均作用范圍