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編輯推薦: |
本书结合研究团队近年来的教学和科研成果,系统地介绍了磁性基础理论及典型磁性材料与功能器件的原理、方法和发展现状。 本书内容涉及磁性材料与功能器件领域的先进技术、新观点及前沿进展,具有鲜明的新时代特色。
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內容簡介: |
在新工科背景下,北京科技大学材料科学与工程学院立足磁性功能薄膜、磁电子材料、拓扑磁性材料等研究方向,坚持面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康的科研导向,组建新型磁性功能材料及应用研究室。本书结合研究团队近年来的教学和科研成果,系统地介绍了磁性基础理论及典型磁性材料与功能器件的原理、方法和发展现状。 本书内容涉及磁性材料与功能器件领域的先进技术、新观点及前沿进展,具有鲜明的新时代特色。 本书对磁性材料尤其是低维磁性材料进行了系统介绍和深入探讨,可供有志于从事磁性材料与功能器件研究的学生和从事磁性材料相关工作的工程技术人员参考使用。
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目錄:
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前言 第1章磁性基础理论1 11原子的磁性1 111基本术语1 112磁性材料的分类2 113玻尔范莱文定理4 114磁场中的原子4 12固体的磁性13 121自由电子模型13 122泡利(Pauli)顺磁性15 123自发自旋分裂态15 13磁性结构18 131铁磁性18 132反铁磁性23 133亚铁磁性25 134螺旋磁结构27 14对称性破缺28 141朗道模型28 142磁激励30 参考文献33 习题33 第2章磁性材料的理论模型与方法34 21常见的自旋模型34 211磁性材料的自旋表述34 212几种经典的自旋交换作用36 22磁各向异性37 221磁形状各向异性37 222磁晶各向异性39 23磁相互作用42 231磁交换机制42 232磁相互作用的分类44 24磁性材料的理论方法46 241磁性材料理论研究的一般过程46 242第一性原理在磁性材料计算中的 应用47 243磁性材料的微磁学模拟进展与 应用48 参考文献50 习题50 第3章磁性材料的制备与表征51 31块体材料制备51 311多晶块体材料制备51 312非晶、纳米晶材料制备52 32薄膜磁性材料制备53 321真空系统概述53 322磁控溅射技术54 323脉冲激光沉积技术55 324分子束外延技术55 325磁性薄膜器件的微纳加工技术56 33纳米颗粒磁性材料制备57 331液相合成法57 332磁性氧化物纳米颗粒的制备 方法59 333磁性金属及合金纳米颗粒的制备 方法60 334磁性纳米颗粒的形貌调控61 34材料磁性能的磁学表征方法62 341振动样品磁强计63 342超导量子干涉仪64 343磁力显微镜65 35材料磁性能的光学表征方法66 351磁光克尔效应66 352X射线磁圆二色和磁线二色67 353金刚石氮空位色心扫描探针 显微镜68 36材料磁性能的电子显微学表征方法68 361光发射电子显微镜68 362洛伦兹透射电子显微镜69 37材料磁性能的电输运测试表征方法70 371反常霍尔效应70 372磁电阻效应71 参考文献71 习题73 第4章磁存储材料与器件75 41磁存储技术及发展概述75 411磁存储技术的基本原理75 412磁存储模式的变迁76 413磁存储技术的发展历程78 42磁存储材料的发展85 421磁存储材料的性能参数85 422颗粒型磁存储材料89 423薄膜型磁存储材料91 43磁存储材料的典型器件应用96 431数据信号存储器件96 432功能性磁存储器件103 参考文献105 习题109 第5章磁电子材料与器件110 51自旋输运相关的基本现象110 511自旋流110 512自旋流的产生及探测111 513巨磁电阻效应112 514电流诱导磁化翻转114 52高自旋极化率材料及其应用115 521自旋极化率115 522半金属材料的分类115 523半金属材料的应用116 53磁电子器件118 531磁随机存储器118 532赛道存储器119 533自旋场效应晶体管119 534磁电阻传感器120 参考文献121 习题122 第6章磁性纳米颗粒材料123 61磁性纳米颗粒的基本原理及分类123 611磁性纳米颗粒的基本原理123 612磁性纳米颗粒的分类127 62纳米磁记录材料130 621磁记录用纳米颗粒的物理特性131 622磁性纳米颗粒在图案化磁记录中 的应用132 63纳米吸波材料133 631纳米吸波材料的基本原理134 632磁性纳米颗粒在低频吸波材料中 的应用137 633磁性纳米颗粒在高频吸波材料中 的应用139 64纳米磁性分离材料141 641磁性分离载体的结构和物理 特性141 642磁性纳米材料在纯化分离领域的 应用143 643磁性纳米材料在生物分离中的 应用145 65生物医用磁性纳米材料148 651磁性纳米颗粒的物理特性及 修饰148 652磁性纳米颗粒在磁共振成像中的 应用150 653磁性纳米颗粒在靶向治疗中的 应用151 参考文献154 习题155 第7章拓扑磁性材料与器件156 71拓扑磁性材料概论156 711拓扑磁性156 712拓扑磁性材料的分类157 713拓扑磁性材料的物理起源159 72拓扑磁性薄膜材料161 721拓扑磁性薄膜材料的分类161 722拓扑磁性薄膜材料的磁结构 表征163 723拓扑磁性薄膜材料的主要研究 进展166 73拓扑磁性功能器件172 731拓扑磁性功能器件的分类172 732拓扑磁性功能器件的主要进展172 733拓扑磁性功能器件的主要挑战177 参考文献177 习题181 第8章二维范德瓦尔斯磁性材料182 81二维范德瓦尔斯磁性材料概述182 811范德瓦尔斯层状材料182 812MerminWagner定理186 813二维本征磁性的发现187 814二维磁性材料的种类188 82二维范德瓦尔斯磁性材料的制备 方法190 821层状单晶块材的合成191 822二维磁性薄膜的制备193 83二维磁性及其调控196 831二维磁性理论196 832二维磁性调控197 84二维磁性范德瓦尔斯异质结构的 制备204 841二维磁性范德瓦尔斯异质结构204 842二维材料的转移堆叠技术204
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內容試閱:
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人才是衡量一个国家综合国力的重要指标。习近平总书记在党的二十大报告中强调:“教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑。”在“两个一百年”交汇的关键历史时期,坚持“四个面向”,深入实施新时代人才强国战略,优化高等学校学科设置,创新人才培养模式,提高人才自主培养水平和质量,加快建设世界重要人才中心和创新高地,为2035年基本实现社会主义现代化提供人才支撑,为2050年全面建成社会主义现代化强国打好人才基础是新时期党和国家赋予高等教育的重要使命。 当前,世界百年未有之大变局加速演进,新一轮科技革命和产业变革深入推进,要在激烈的国际竞争中抢占主动权和制高点,实现科技自立自强,关键在于聚焦国际科技前沿、服务国家战略需求,培养“向极宏观拓展、向极微观深入、向极端条件迈进、向极综合交叉发力”的交叉型、复合型、创新型人才。纳米科学与工程学科具有典型的学科交叉属性,与材料科学、物理学、化学、生物学、信息科学、集成电路、能源环境等多个学科深入交叉融合,不断探索各个领域的四“极”认知边界,产生对人类发展具有重大影响的科技创新成果。 经过数十年的建设和发展,我国在纳米科学与工程领域的科学研究和人才培养方面积累了丰富的经验,产出了一批国际领先的科技成果,形成了一支国际知名的高质量人才队伍。为了全面推进我国纳米科学与工程学科的发展,2010年,将“纳米材料与技术”本科专业纳入战略性新兴产业专业;2022年,国务院学位委员会把“纳米科学与工程”作为一级学科列入交叉学科门类;2023年,在战略性新兴领域“十四五”高等教育教材体系建设任务指引下,北京科技大学牵头组织,清华大学、北京大学、浙江大学、北京航空航天大学、国家纳米科学中心等二十余家单位共同参与,编写了我国首套纳米材料与技术系列教材。该系列教材锚定国家重大需求,聚焦世界科技前沿,坚持以战略导向培养学生的体系化思维、以前沿导向鼓励学生探索“无人区”、以市场导向引导学生解决工程应用难题,建立基础研究、应用基础研究、前沿技术融通发展的新体系,为纳米科学与工程领域的人才培养、教育赋能和科技进步提供坚实有力的支撑与保障。 纳米材料与技术系列教材主要包括基础理论课程模块与功能应用课程模块。基础理论课程与功能应用课程循序渐进、紧密关联、环环相扣,培育扎实的专业基础与严谨的科学思维,培养构建多学科交叉的知识体系和解决实际问题的能力。 在基础理论课程模块中,《材料科学基础》深入剖析材料的构成与特性,助力学生掌握材料科学的基本原理;《材料物理性能》聚焦纳米材料物理性能的变化,培养学生对新兴材料物理性质的理解与分析能力;《材料表征基础》与《先进表征方法与技术》详细介绍传统与前沿的材料表征技术,帮助学生掌握材料微观结构与性质的分析方法;《纳米材料制备方法》引入前沿制备技术,让学生了解材料制备的新手段;《纳米材料物理基础》和《纳米材料化学基础》从物理、化学的角度深入探讨纳米材料的前沿问题,启发学生进行深度思考;《材料服役损伤微观机理》结合新兴技术,探究材料在服役过程中的损伤机制。功能应用课程模块涵盖了信息领域的《磁性材料与功能器件》《光电信息功能材料与半导体器件》《纳米功能薄膜》,能源领域的《电化学储能电源及应用》《氢能与燃料电池》《纳米催化材料与电化学应用》《纳米半导体材料与太阳能电池》,生物领域的《生物医用纳米材料》。将前沿科技成果纳入教材内容,学生能够及时接触到学科领域的最前沿知识,激发创新思维与探索欲望,搭建起通往纳米材料与技术领域的知识体系,真正实现学以致用。 希望本系列教材能够助力每一位读者在知识的道路上迈出坚实步伐,为我国纳米科学与工程领域引领国际科技前沿发展、建设创新国家、实现科技强国使命贡献力量。 北京科技大学中国科学院院士在科技日新月异的今天,磁性材料与功能器件作为现代科技的璀璨明珠,正引领着科技进步的浪潮。本书是集体编写,参编者都有多年从事磁学教学和磁性材料及器件研究的一线经验,熟悉该领域并深感其重要性。本书旨在以精炼而富有启发性的笔触,融合基础理论与应用和科研前沿,带领读者深入探索磁性材料的魅力及其在功能器件中的广泛应用,并展望未来的科技蓝图。 本书包含磁性基础理论、磁性材料的理论模型与方法、磁性材料的制备与表征、磁存储材料与器件、磁电子材料与器件、磁性纳米颗粒材料、拓扑磁性材料与器件、二维范德瓦尔斯磁性材料及磁热效应与磁制冷材料,共9章。本书内容编排不仅为读者奠定了坚实的磁学理论基础,同时兼顾前沿科技的最新动态,展现磁性材料在电子信息、新能源、生物医学等领域的广泛应用实例,揭示其推动科技进步的无限潜力。 展望未来,随着科技的持续进步和全球合作的深化,磁性材料与功能器件的研究与应用将迎来更加广阔的发展前景,更多创新成果进一步涌现,包括新型磁性材料的开发、制备工艺的优化及功能器件的智能化与集成化。这些进步不仅将推动相关产业的升级转型,更将为人类社会的可持续发展注入新的动力。 期待通过本
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