俞書宏教授課題組研制成功磁通閉合NiCo合金納米環

合肥微尺度物質科學國家實驗室納米材料與化學研究部俞書宏教授領導的課題組成功制備了手鐲狀Ni-Co合金磁通閉合納米環，提出了一條可靠的高產合成磁通閉合納米環的新途徑，論文發表在9月3日出版的《美國化學會誌》（J. Am. Chem. Soc. 2008, 130(35), 11606）上。這是該課題組今年在納米材料的研究中取得的又一新突破。該工作受到國家自然科學基金委重點基金、中國科學院-德國馬普學會伙伴小組計劃等項目的資助。

近年來，國際上已提出將這種納米環作為磁阻隨機存取存儲器的元件應用在電子信息領域的設想。以往一些鐵磁性材料的納米環形組裝結構已有報道，但是這些組裝結構往往要通過復雜的合成方法才能得到，而且產率得不到保證，由于這些環是由納米顆粒通過弱的非共價鍵作用組裝起來的，環的穩定性較差，往往要依賴于襯底及溶劑蒸發誘導等效應才能進行組裝，使得在一些后續處理和應用方面存在著困難。該課題組通過簡單的液相合成方法一步合成的納米環克服了這些方面的缺陷，并且第一次證明了這種由Ni-Co合金納米粒子組裝而成的納米環能夠直接在溶液中形成（圖1），不需要依賴于后續的襯底和溶劑揮發等誘導效應來實現組裝。本方法所合成的納米環具有很好的穩定性，不受溶劑、粒子濃度、外磁場等外界條件的影響，甚至在沸騰的溶液和機械擾動中都能穩定存在。該課題組還在大量實驗的基礎上提出了從磁性顆粒到磁性鏈然后成環的機理(圖2)。研究結果表明，合適的合金組成、靜磁的磁偶極相互作用和表面活性劑聚乙烯吡咯烷酮的穩定等協調作用在納米環的組裝形成過程中起到重要的作用，這項研究為進一步高產量合成高質量磁性納米環狀結構材料提供了新的途徑和依據。

圖1. 化學法合成的Ni-Co合金磁通閉合納米環

圖2. 磁通閉合納米環的形成機理

這種磁通閉合納米環是由Ni-Co合金納米顆粒組裝而成的，具有順時針和逆時針兩種穩定的磁通閉合態，通過改變納米環的空間位置或者利用電流產生的循環極化磁場可以對其進行調控。這些特征使得這些納米環具備了作為高密度信息存儲器件元件的條件。此外，這些納米環也可能在磁輸運方面表現出特異的性能。該課題組的實驗結果表明, 這種合金納米環對外磁場具有快速響應能力并具有良好的生物相容性,并可能用做磁共振造影劑，因而在納米生物醫學等領域有潛在的應用前景。該課題組還對這種磁性納米環的表面進行了進一步的修飾，例如在環的表面包覆了熒光材料，不僅進一步固定了這種環形組裝結構，而且賦予了這種磁性納米環新的光學功能，為實現納米環的多功能化打下了良好基礎。  

（合肥微尺度物質科學國家實驗室 化學與材料科學學院）