俞书宏教授课题组研制成功磁通闭合NiCo合金纳米环

合肥微尺度物质科学国家实验室纳米材料与化学研究部俞书宏教授领导的课题组成功制备了手镯状Ni-Co合金磁通闭合纳米环，提出了一条可靠的高产合成磁通闭合纳米环的新途径，论文发表在9月3日出版的《美国化学会誌》（J. Am. Chem. Soc. 2008, 130(35), 11606）上。这是该课题组今年在纳米材料的研究中取得的又一新突破。该工作受到国家自然科学基金委重点基金、中国科学院-德国马普学会伙伴小组计划等项目的资助。

近年来，国际上已提出将这种纳米环作为磁阻随机存取存储器的元件应用在电子信息领域的设想。以往一些铁磁性材料的纳米环形组装结构已有报道，但是这些组装结构往往要通过复杂的合成方法才能得到，而且产率得不到保证，由于这些环是由纳米颗粒通过弱的非共价键作用组装起来的，环的稳定性较差，往往要依赖于衬底及溶剂蒸发诱导等效应才能进行组装，使得在一些后续处理和应用方面存在着困难。该课题组通过简单的液相合成方法一步合成的纳米环克服了这些方面的缺陷，并且第一次证明了这种由Ni-Co合金纳米粒子组装而成的纳米环能够直接在溶液中形成（图1），不需要依赖于后续的衬底和溶剂挥发等诱导效应来实现组装。本方法所合成的纳米环具有很好的稳定性，不受溶剂、粒子浓度、外磁场等外界条件的影响，甚至在沸腾的溶液和机械扰动中都能稳定存在。该课题组还在大量实验的基础上提出了从磁性颗粒到磁性链然后成环的机理(图2)。研究结果表明，合适的合金组成、静磁的磁偶极相互作用和表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮的稳定等协调作用在纳米环的组装形成过程中起到重要的作用，这项研究为进一步高产量合成高质量磁性纳米环状结构材料提供了新的途径和依据。

图1. 化学法合成的Ni-Co合金磁通闭合纳米环

图2. 磁通闭合纳米环的形成机理

这种磁通闭合纳米环是由Ni-Co合金纳米颗粒组装而成的，具有顺时针和逆时针两种稳定的磁通闭合态，通过改变纳米环的空间位置或者利用电流产生的循环极化磁场可以对其进行调控。这些特征使得这些纳米环具备了作为高密度信息存储器件元件的条件。此外，这些纳米环也可能在磁输运方面表现出特异的性能。该课题组的实验结果表明, 这种合金纳米环对外磁场具有快速响应能力并具有良好的生物相容性,并可能用做磁共振造影剂，因而在纳米生物医学等领域有潜在的应用前景。该课题组还对这种磁性纳米环的表面进行了进一步的修饰，例如在环的表面包覆了荧光材料，不仅进一步固定了这种环形组装结构，而且赋予了这种磁性纳米环新的光学功能，为实现纳米环的多功能化打下了良好基础。  

（合肥微尺度物质科学国家实验室 化学与材料科学学院）