本论文以阳极氧化铝为模板,设计制备了各种磁性纳米结构阵列,包括自由站立的纳米线、管、环、核壳电缆阵列以及磁性金属／聚吡咯复合纳米线阵列。实验中,我们采用电感耦合等离子直读光谱仪(ICP)测量材料的成分,用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨电子显微镜(HRTEM)表征样品形貌、用X射线衍射(XRD)分析材料的结构,用振动样品磁强计(VSM)和超导量子干涉磁测量系统(SQUID)测试材料的磁性能,用OOMMF模拟软件对各种纳米结构阵列的磁性能进行微磁学模拟。主要的研究工作包括以下几个方面：第一部分：自由站立的铁磁纳米阵列的设计制备与磁性研究1.自由站立的CoPt合金纳米棒阵列与CoPt/FeCo核壳纳米电缆阵列的制备、磁性与交换耦合特性。利用Si／Ti／多孔W/AAO作为模板,采用直流电沉积的方法在Si基片上制备了大面积,高填充率的自由站立的CoPt合金纳米线阵列。SEM测量显示,当纳米线的长径比不超过8时,可以避免由于静磁耦合相互作用导致的纳米线间的堆簇。电镀过程中通过控制沉积电位来调整CoPt合金纳米线中成分比。为了研究在退火过程中AAO模板对纳米线成相的影响,我们做了两个成分相同的样品,一个是未去除AAO模板的Co43Pt57纳米线,另一个是自由站立的Co43Pt57纳米线。这两个样品都在50Pa氢气氛围,650℃条件下退火20分钟。通过磁性能对比,发现AAO模板中退火的样品表现出一定的磁各向异性,表明AAO模板对退火后fct晶粒中c轴分布有影响。利用自由站立的硬磁Co43Pt57合金纳米线阵列作为二次模板,采用直流电沉积的方法制备了大面积自由站立的CoPt/FeCo核壳纳米电缆阵列并研究了其磁特性和交换耦合行为。FeCo壳层的厚度可以通过控制电沉积的时间来进行调控,实验和微磁模拟都显示,当FeCo壳层的厚度从2nm增加至16nm时,软硬磁之间开始脱耦,从而导致了两相不同的磁化反转过程。软磁壳层和硬磁核的磁化强度翻转模式分别为curling模式和coherent模式。这种不同的磁化翻转导致了矫顽力的急剧降低和“细腰”的形成2.铁磁纳米圆环阵列的制备、磁性与磁化翻转机制的研究利用Si／多孔W/AAO作为模板,采用直流电沉积的方法在Si基片上制备了大面积、高填充率的铁磁纳米环阵列,通过改变阳极氧化参数,纳米环的外径和环间距可以实现从90nm到400nm的连续调控。磁性测量表明,当Co纳米环的外径增加时,纳米环从洋葱态转变到涡旋态的磁场从正场逐渐变为负场。微磁模拟和理论分析表明,在纳米环高度不变的情况下,增加纳米环的外径(即降低纳米环的长径比),沿纳米环环面内的形状退磁因子会减小,从而导致纳米环处于洋葱态时的退磁场比较小,这样小的退磁场不足以驱动180度畴壁的运动,所以其O-V转换场为负场。3.自由站立的Ni纳米管阵列的制备与磁性利用AAO/PPy复合结构作为模板,在硅片上制备了大面积自由站立的Ni纳米管阵列,纳米管的直径、长度和壁厚都可以精确、独立的调控。磁性测量表明纳米管的磁各向异性特征与纳米管的壁厚有很大的关系,当纳米管的长度和外径保持不变是,随着纳米管壁厚的增加,纳米管的磁各向异性的易轴逐渐从平行于管的方向变到垂直于纳米管的方向上来。微磁模拟和理论分析表明,随着纳米管壁厚的增加,纳米管之间的静磁耦合相互作用增强,从而导致了这种磁各向异性的变化。第二部分：磁性金属／有机复合纳米线的磁性研究4. Co/PPy复合纳米线阵列的制备与磁性研究以铝基AAO作为模板,采用交流电沉积的方法在AAO模板中制备了Co/PPy复合纳米线,投射电子显微镜照片显示每一根50nm的纳米线都是由许多直径小于10nm的细小纳米纤维组成的,这些纳米Co纤维被PPy框架均匀的分隔开来。复合纳米线的生长机制是：在交流电的正半周期,PPy通过电化学氧化吡咯单体聚合到AAO模板中。而在交流电的负半周期,Co由CO2+电沉积到AAO中,因此,PPy和Co的沉积过程不是一般的共沉积过程,而是两个独立并周期性交替进行的过程。对于这种沉积过程,一般会长成“竹节状”的纳米线,然而,这种“竹节状”纳米线从我们的TEM图片中并不能看见。这是因为我们所采用的交流电沉积的频率为50Hz,因此单个电沉积或电聚合的脉冲时间只有0.01秒,这一沉积脉冲太短以至于不论是Co还是PPy在第一个沉积脉冲里都不能完全填满AAO孔洞的底部,因此,在第一个脉冲里,Co和PPy的核都在AAO模板孔洞的底部形成了。随后,他们在各自的核上向上长,最后导致了复合结构。与纯Co纳米线相比较,Co/PPy复合纳米线阵列表现出更好的室温磁特性。其矩形度和矫顽力分别高达0.99和1700Oe,远大于纯Co纳米线。理论分析表明Co/PPy复合纳米线的形状各向异性要强于纯Co线,与此同时,复合线的横向磁晶各向异性以及复合线之间的静磁耦合相互作用要弱于纯Co线,从而导致复合线更优异的永磁性能。复合线的磁化翻转机制为局部一致旋转模式(local coherent),而纯Co纳米线的磁化翻转方式为局部curling模式(local curling),不同的磁化翻转方式也导致了其磁性能的不同。