硬、软磁多层膜体系成核的解析分析

我们运用微磁学方法,解析地推导了交换耦合多层膜的成核场公式,得到了成核场分别随软、硬磁相厚度变化的曲线,并给出了成核时磁矩角度的空间分布．我们发现成核场随软磁相厚度L^s增加而单调减小,随硬磁相厚度L^h增加而单调增加,没有出现一些文献中所发现的平台和峰值．当L^h〉5nm时,L^h对成核场的影响可以忽略,L^s对成核场起主导作用．成核点磁矩分布并不唯一,但角度满足一定的比值关系．随着薄膜厚度（主要是L^s）的减小,软、硬磁间交换耦合作用逐渐增强,复合磁体由退耦合磁体逐步过渡到交换弹簧,并最后过渡到刚性磁体．即使是刚性磁体,也不会出现完全一致转动的成核模式．     

易轴取向对硬磁/软磁多层膜磁性能的影响

通过微磁学方法,系统计算了硬磁/软磁多层膜（Nd2Fe14B/-Fe多层膜）在晶轴和外场存在夹角情况下的磁矩空间分布、磁滞回线和磁能积.计算表明,在膜面内易轴的偏角对磁性多层膜的磁化反转过程以及剩磁和钉扎场的影响较大.与=0°的情况相比,偏角不为0°时,体系没有明显的成核点.只有在剩磁状态（H=0）时,磁性多层膜内部的磁矩才会出现一致的取向（≡）,随着外场的减小,软磁相内部磁矩快速偏转,并且通过界面处的交换耦合作用带动硬磁相内部磁矩的偏转.当软磁相厚度较小时,钉扎场随着的增大先减小后增大,在等于30o附近出现一个低谷;当软磁相厚度较大时,钉扎场随着的增大而单调增大.体系的剩磁和矫顽力随着的增加都呈现出减小的趋势,导致磁能积随的增加而急剧减小,这在一定程度上解释了材料最大磁能积的实验值和理论值之间的巨大差距.     

界面交换耦合强度对垂直取向FePt/α-Fe/FePt磁性三层膜磁化反转过程的影响

运用微磁学方法,研究了界面交换耦合强度对垂直取向FePt/α-Fe/FePt磁性三层膜的磁化反转过程的影响,得到成核场的解析公式.研究发现,成核场随界面交换耦合常数的增大而增大.尤其当软磁相厚度很小时,界面交换耦合作用对成核场的影响比较明显.通过数值计算,得到了不同交换耦合常数下的磁矩分布,发现界面处的磁矩角度出现跳跃.并且钉扎场随着软磁相厚度和界面交换耦合常数的增加而减小.     

取向的纳米两相磁体成核场的精确计算

利用微磁学方法,精确计算了纳米晶两相复合磁系统的成核场,发现随着软磁相晶粒尺寸D的增加,成核场由硬磁相的各向异性场逐渐变为软磁相的各向异性场,同时随着软磁相尺寸变化时,会出现3个特征区:(Ⅰ)完全交换耦合区;(Ⅱ)部分交换耦合区;(Ⅲ)退耦合区.     

硬磁-软磁双层膜中的磁化行为与磁能积

采用蒙特卡罗方法讨论了硬磁-软磁双层膜中的磁化行为与双层膜中磁参量之间的关系.结果表明:硬磁-软磁双层膜中剩余磁化强度随硬磁层或软磁层厚度的增加呈单调性减小或增大,相应的矫顽场随硬磁层或软磁层厚度的增加近似呈单调性增大或减小;而其磁能积的变化是非单调性的,存在磁能积极大值点,该极大值点依赖于硬磁-软磁层的厚度比、各自的饱和磁化强度和单轴各向异性等;硬磁-软磁双层膜的磁化总是从膜边界向膜中间推进,最终带动难轴方向的边界畴转变,且软磁层磁化先于硬磁层,但在软磁层厚度小于临界尺寸的情况下,软磁层与硬磁层的磁化反转趋于同步.     

霍普金生效应和Nd2Fe14B／ α—Fe交换耦合磁体的磁硬化机制

有快淬法制备了Nd7Fe86.5B5.5Ti(30wt％α-Fe）纳米复合体薄带,研究了它在低场中的热磁性质,即霍谱金生效应（Hopkinson effect),引入了磁体内部的磁阻碍分布函数f(h(0))来表示微磁结构的分布,发现实际磁体中钉扎和成核模型共同支配着磁体的硬磁化,它们的相对比率随着晶粒尺寸而异,远小于或远大于晶体晶粒尺寸,钉扎模型均成主体,两种机制的合理平衡是得到最佳磁体性能的关键,同时也解释了交换耦合磁体矫顽力的温度稳定性高的原因。     

硬/软磁复合材料的一致转动模型及其磁滞回线

运用微磁学方法讨论了Stoner-Wohlfarth(SW)模型中单畴粒子的矫顽力、临界场、磁滞回线及其磁能积.当外场与粒子易磁化轴的夹角α≤45°时,矫顽力等于临界场;当α>45°时,矫顽力比临界场小得多.将SW模型简化成更简单的一致转动模型,计算了由硬磁、软磁两相构成的复合双层膜.计算结果表明,当硬软磁两相的易磁化轴都与外磁场平行(α=0°)时,对于λ(=Ks/Kh)值,其磁滞回线为矩形,即临界场等于矫顽力.随着λ的增大,矫顽力和临界场都增大;当外磁场与硬磁相的易轴平行,与软磁相的易轴垂直(α=90°)时,磁滞回线还是矩形的,但矫顽力和临界场随着λ的增大而减小.     

纳米硬/软磁复合永磁薄膜磁滞回线的微磁学理论综述

纳米硬/软磁交换弹簧复合材料是一种新型的高性能永磁体材料,在基础研究和实际应用2个方面都得到广泛的重视.它有着丰富的磁学性质,特别是在磁能积方面潜力巨大,理论磁能积密度高达1 MJ/m3.微磁学是量子磁学和宏观磁性的桥梁,是研究材料磁滞回线和宏观磁性的重要理论,它能清晰地阐述材料的磁化反转机制,预测磁滞回线和磁性能.以薄膜结构为例,综述3种重要的计算复合磁体磁滞回线的微磁学方法:一维全解析模型;一维半解析模型;三维数值计算模型,并分别讨论3种方法的优点与不足.将不同方法得到的计算结果进行比较,重点分析硬/软磁相厚度和易磁化轴取向对复合磁体宏观磁滞回线以及矫顽力机制的影响,并与实验进行比较,讨论理论和实验产生差别的原因,提出一些提高材料磁性能特别是矫顽力和磁能积的的方法.     

钕铁硼稀土永磁材料交流失磁

Nd- Fe- B稀土永磁材料的失磁现象制约了其在大型永磁电机中的应用。针对电机的实际工作环境 ,研究了不同工作状态的磁体在交变磁场作用下表面磁感应强度随时间的变化。研究发现 ,常温 2 5℃下磁体只有起始最低工作点低于其退磁曲线拐点时才会发生失磁现象 ,且随着磁场交变频率的升高 ,磁体失磁程度逐渐增大。并且运用磁体磁畴畴壁钉扎与运动模型和畴壁钉扎的热激活效应对实验现象进行了合理解释。这对 Nd- Fe- B稀土永磁电机的设计和失磁故障分析提供了实验依据与技术参考     

硬磁CoFe2O4/软磁CoFe2复合物的磁性研究

采用金属有机盐热分解方法制备出均匀、分散的硬磁CoFe_2O_4纳米颗粒,在H2环境、低温条件下进行还原,合成硬磁CoFe_2O_4/软磁CoFe_2复合磁体.采用低温还原,目的在于尽可能减少粒子的聚集.制备出的样品具有较好的磁性能:有较高的剩磁比Mr/Ms,其值为0.64;随着还原时间延长,饱和磁化强度增加至124emu·g~(-1),同时保持较高的矫顽力.分析认为,可以通过减弱粒子间的偶极相互作用来有效提高硬磁/软磁复合磁体的矫顽力和剩磁比.     

磁性多层膜的磁滞回线和磁阻曲线的唯像理论研究

基于相干转动的局域能量极小模型和经典的热激活模型研究了包含二次、双二次耦合的磁性多层膜的磁化过程。计算结果表明双二次耦合和磁层的层数对多层膜的磁相图、磁滞回线、磁阻曲线都有重要的影响。在有限温度下，热激活使得磁性多层膜的磁状态间发生跳跃而达到动态平衡。当引入了具有高斯分布的微磁畴元后，计算了系统的磁状态，得到了不同温度下的磁滞回线和磁阻曲线。计算结果较好地解释了形态各异的磁滞回线和磁阻曲线。     

反铁磁耦合双层膜结构体系的磁滞回线相图研究

基于Stoner-Wohlfarth模型研究了非对称型反铁磁耦合三层体系的磁滞特性,得到了不同磁层厚度以及磁参数下发生线性磁相变临界转换场的解析表达式,以及9种可能存在的不同类型易轴磁滞回线．基于磁相变的临界条件获得了非对称反铁磁耦合双层膜体系在k1-k2如空间的磁滞回线相图．非对称反铁磁耦合双层膜体系作为磁隧道结的自由层时,相对于单层结构自由层具有更好的热稳定性．     

新型永磁材料的研究

本文综述了我们对强各向异性永磁材料的研究结果．通过对各向异性稀土．铁氮永磁材料的结构和磁性的关系研究,利用速凝等技术实现对反磁化形核场的控制,获得了单晶颗粒型稀土铁氮化物,进而实现了高矫顽力和高磁能积．开发的稀土铁氮磁粉最大磁能积达到40MGOe以上．发现了HDDRNd2Fel4B各向异性形成的关键机制在于歧化阶段形成的具有“耗散结构特征”的柱状歧化微结构,据此提出了可以稳定生产高性能各向异性Nd—Fe．B的HDDR工艺,成功制备了磁能积为27MGOe的三元Nd—Fe—B磁粉和41MGOe多元Nd—Fe．B磁粉．同时还发现可以通过调控其微观结构来实现提高HDDR磁粉的矫顽力．另外利用铁磁Mn基材料强磁各向异性的特点,在无稀土永磁材料方面开发了纳米结构且具有反常矫顽力温度系数的MnBi磁体．上述成果的取得为高性能各向异性稀土粘结磁体的产业化提供了可能．     

脉冲磁场技术在高矫顽力稀土永磁测量领域的应用

简述了超高矫顽力永磁体测量现状,分析了静态磁滞回线仪在测量高矫顽力永磁体时存在的问题及其原因.为解决此问题,采用"f-2f"原理建立了基于脉冲磁场技术的高矫顽力永磁测量装置,该装置能产生最高8 756 kA.m-1的测量磁场,能够测量高矫顽力永磁体的整个磁滞回线.阐述了该脉冲磁场测量装置的优势、组成结构以及涡流修正方法.经过实验验证,该系统具有良好的测量重复性.与国家永磁标准测量装置的对比结果显示:在低矫顽力范围内两者剩磁Br、内禀矫顽力HcJ、磁感应强度矫顽力HcB和最大磁能积(BH)max四个参数的测量偏差在1%以内;在高矫顽力范围,该装置解决了静态磁滞回线仪测量曲线变形的问题.     

Ga添加对纳米晶双相永磁材料Pr2(FeCo)14B/α-FeCo的磁化行为及晶间交换耦合作用的影响

用熔旋快淬法制备了各向同性的纳米晶双相永磁薄带Pr9Fe74Co12B5与Pr9Fe74Co12B5Ga.通过测量样品的起始磁化曲线、小回线及回复曲线,分析了样品中的磁化行为及晶间交换耦合作用.结果表明两样品中矫顽力机理均为畴壁钉扎型.Ga添加后富集于晶界处,使样品中畴壁钉扎型的矫顽力机理更加均匀,且钉扎程度加强,同时Ga添加降低了软磁相-αFeCo的晶粒尺寸使样品中晶间交换耦合作用显著增强.     

Ni／Cr多层膜的磁各向异性

利用振动样品磁强计和铁磁共振仪研究了Ｎｉ／Ｃｒ多摹 磁各向异性。     

（2＋L）给伊辛系统的Bragg—Williams近似

用层状伊辛系统作为描述性薄膜材料的模型,在Bragg-Williams近似的基础上,引入薄膜的结构因子,导出了自发磁化强度及矫顽力的表达式,并计算了磁滞回线。     

离子束辅助沉积法制备TiAlN/TiB2纳米多层膜的研究

运用离子束辅助沉积法(IBAD)制备了一系列具有不同调制比例的TiAlN/TiB2纳米多层膜,利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和纳米压痕等表征手段研究了薄膜调制比例对其硬度、内应力和膜基结合力等力学性质的影响.结果表明:随着调制比例从8∶1变化到25∶1,多层膜的硬度在29～34 GPa之间变化,所有多层膜的硬度均高于TiAlN和TiB2两种各体层材料通过混合法则得的结果,结合XRD结果分析认为,TiAlN(111)择优取向是薄膜硬度升高的一个重要原因.