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.     

(001)取向FePt薄膜的有序化过程及磁性

在加热到400°C的MgO(001)单晶基片上,用磁控溅射法沉积了25 nm厚的FePt薄膜,在Ta=[500°C,800°C]温度范围进行5 h的热处理.用X射线衍射仪、振动样品磁强计和可外加磁场的磁力显微镜分析了薄膜的结构和磁性.结果表明,未经热处理的薄膜能够在MgO(001)单晶基片的诱导下实现(001)取向生长,但仍处于无序的A1相,呈软磁性.Ta=500°C,薄膜结构没有明显改变.Ta=600°C,FePt发生部分有序化,薄膜中A1相和L10相(有序相)共存,形成一种具有磁各向异性的特殊硬磁-软磁复合体.软磁相的磁性主要表现在沿平行于膜面方向施加磁场的磁化曲线中,但矫顽力可以达到10 kOe(1Oe=103/4πA m-1),硬磁相的磁性主要表现在沿垂直于膜面方向施加磁场的磁化曲线中,矫顽力却只有5kOe.这说明薄膜中硬磁相和软磁相之间存在强烈的交换耦合,形成了磁性弹簧.当Ta提高到700°C,薄膜基本完成有序化,磁化易轴彻底转向垂直于膜面的方向,矫顽力大于20 kOe.原子力显微镜和磁力显微镜观察表明,薄膜由岛状颗粒构成,在Ta=700°C时大部分颗粒内部形成多磁畴结构,在不太大的磁场作用下依靠畴壁移动和消失变为单磁畴,磁化反转过程应该主要依靠形核.     

FexPt100-x取向薄膜的结构与磁性

用电子束沉积法在加热到100℃的MgO（001）基板上生长了50nm厚的FexPt100-x取向薄膜,原子比成分范围为x=[10,85].在500℃进行保温2h的原位热处理后,分析样品的结构及沿面内和垂直于薄膜方向施加磁场的磁性行为.结果表明,随着x的增加,易磁化轴的方向在沿平行于膜面方向和垂直于膜面方向之间反复变化,取决于内秉的磁晶各向异性与外秉的形状各向异性之间的竞争.当x=60时,由于薄膜发生不完全的A1→L10相转变,形成了A1软磁相与L10硬磁相的复合体,样品沿平行和垂直于膜面方向磁化的矫顽力都达到5kOe（1Oe=79.5775Am-1）以上.沿膜面方向磁化时,矫顽力高于软磁相的磁晶各向异性场,并且正负向磁化的剩余磁化强度明显不相等.采用三磁畴软磁相模型,结合硬磁/软磁交换耦合作用,对此进行了解释.这种硬磁/软磁复合材料适合于用来制作磁力显微镜的各向同性高矫顽力探针.     

软,硬双相永磁体中的静磁作用

从磁性粒子的静磁场出发,分析计算了由软,硬磁性两相粒子随机混合的双相磁体中的静磁作用,计算得出：取向的硬磁粒子施加于磁体中软磁相上的静磁场,在磁化方向上的分量为１个正值,它正比于硬磁相的体积分数及其饱和磁化强度,其作用将提高软磁相的矫顽力。     

应力对铁磁/反铁磁双层体系交换偏置场的影响

研究在铁磁/反铁磁层体系中,当铁磁层中存在应力时对体系交换偏置场的影响.分别计算了改变应力大小和方向两种情况下,磁滞回线的变化以及偏置场随外磁场角度依赖关系的改变.结果表明:应力场沿着易轴方向时,偏置场随外磁场角度依赖关系表现为随着应力场的增大,偏置场的最大值变大,其最大值所对应的位置逐渐远离易轴.在外磁场与易轴成一定角度时,交换偏置场向左移动,并且阻碍沿磁场方向的磁化随着应力场的增加;当应力场旋转90°时,偏置场随外磁场角度依赖关系表现为随着应力场的增大,偏置场的最大值减小,其最大值所对应的位置逐渐靠近易轴.在外磁场与易轴成一定角度时,交换偏置场向右移动,并且促进沿磁场方向的磁化随着应力场的增加.     

磁晶各向异性的高次项对纳米材料的磁滞回线的影响

在一般的磁滞回线计算中,磁晶各向异性能的高次项被忽略.运用一致转动的模型,在外磁场与易轴方向分别平行和垂直的情况下,通过分析磁晶各向异性能的四次方项对铁磁材料磁化过程的影响,得到磁滞回线的形状随磁晶各向异性能四次方和二次方项常数的比值λ的不同而发生变化,并给出不同λ时的矫顽力解析公式.结果对铁磁和铁电材料都适用.     

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.     

硬磁/软磁多层膜的成核场、磁滞回线、磁相图和临界厚度

本文通过微磁学方法,较为系统地研究了同组合的硬磁/软磁多层膜的磁矩分和磁滞回,并出了成核场以及成核场和钉扎场分离的软磁厚度（临界厚度）的解析公.研究发现,当软磁厚度Ls较小时,钉扎场与成核场一致,磁滞回为矩形,对应的磁为刚性磁体;随着Ls增大,钉扎场与成核场发生分离,磁滞回在第二开发生倾斜,磁由刚性磁体变为交换弹簧磁体;随着软磁厚度进一增大,硬磁和软磁的磁矩反转对独立,磁由交换弹簧磁体变为退耦合磁体.解析推导表明,临界厚度和硬磁的磁晶异性的平方成反比,这一点与Kneller的估算公一致.据临界厚度的解析公,我们计算了同材料的临界厚度,并与实验值和Kneller等人的估算值进行了比较,探讨了差别产生的原因.     

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.     

纳米复合稀土永磁体Pr9-xDyxFe84.4-yCoyGa1Mn0.6B5（x=0,1,y=0,8）的反磁化行为和磁粘滞性

用电弧熔炼法制备了Pr9Fe84.4 B5Mn0.6 Ga1和Pr8Dy1Fe76.4 Co8B5Mn0.6 Ga1合金铸锭,然后利用熔体快淬法获得相应的薄带样品.分析了起始磁化,反磁化过程及样品的磁粘滞性,结果表明,两样品在室温下表现为单一硬磁相磁化行为,在低温下表现为双相行为.Co和Dy的联合添加使软磁相的晶粒尺寸减小,而晶粒间交换耦合作用增强,样品的形核场增大.磁粘滞性研究表明,Co和Dy联合掺杂的样品磁粘滞系数的增大是由软磁晶粒大小的减小导致热激活体积增加而引起的.     

一种新型实用小型振动样品磁强计的研制

此振动样品磁强计(VSM)主要用来测量软磁或矫顽力较小(＜1.0T)的磁性材料微量样品(＜100 mg)的磁滞回线.方法:利用外磁场对振动的样品磁化,由锁相放大器检测感应信号,霍耳片检测外部磁场,计算机采集磁场信号和感应信号.结果:利用本系统可以实时绘出微量磁性材料的磁滞回线.结论:使用结果表明在无特殊实验条件要求的条件下,实验结果和昂贵的超导磁强计相同.     

磁晶各向异性对反铁磁耦合纳米体系磁特性的影响

采用微磁学方法研究了磁性层的磁晶各向异性对反铁磁耦合三层纳米体系磁特性的影响.结果表明:随着磁性层磁晶各向异性的增大,反铁磁耦合三层纳米体系具有4种不同类型的磁滞回线,上、下磁性层的反转场逐渐减小,而饱和场先减小后增大.当磁晶各向异性较小时,反磁化过程为反磁化核的形成与传播过程;当磁晶各向异性很大时,反磁化过程为先形成多畴微磁结构,再逐渐反转的过程.     

反铁磁耦合纳米体系磁特性的微磁学研究

采用微磁学方法研究了磁层间反铁磁耦合强度对SyAF纳米体系磁特性的影响.当SyAF纳米体系上、下磁层间的反铁磁耦合强度不同时,SyAF纳米体系具有两种不同类型的磁滞回线.当磁层间反铁磁耦合强度较小时,体系的矫顽力随反铁磁耦合强度的增大而增大,反磁化机制为反磁化核的形成与传播的反转过程.而当磁层间反铁耦合强度较大时(0.2×10-3J.m-2),体系的矫顽力基本不随反铁磁耦合强度变化,并且在剩磁态为稳定的单畴结构,反磁化机制为类一致反转过程.这类SyAF纳米体系更适合于作为磁信息器件中自旋阀的自由层.     

垂直于膜面磁化的巨磁电阻传感器的微磁模拟

采用微磁模拟技术研究了一种高磁场传感器.该传感器的钉扎层采用垂直于膜面磁化的L10-FePt薄膜,感应层即自由层采用膜面内磁化的软磁NiFe薄膜.模拟计算表明,该传感器的磁场感应范围可提升到一个特斯拉,钉扎层的矫顽力和感应层的退磁场决定着该传感器的正负磁场感应窗是否对称.     

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.     

斯通纳粒子LLG方程的线性稳定性分析

利用微分方程线性稳定性判据,分析了斯通纳粒子LLG方程的动力学性质.随着外加磁场的增强,LLG方程的不动点发生从中心到鞍点或鞍点到中心的转换.当磁场垂直于易轴时,转换后的中心不在易轴上,仅当磁场平行于易轴时才存在不依赖磁场的不动点,且在某个磁场范围内可以发生所期待的沿易轴的两种取向m0 和-m0 的转换.     

锶铁氧体矫顽力和剩磁增强的机理分析(英文)

通过改变前驱体溶液中Fe3+/Sr2+的摩尔比和烧结温度,用共沉淀法合成锶铁氧体的纳米晶体.由于应力各向异性的减弱,随着烧结温度的增加,单相和复合相的SrFe12O19纳米粒子样品的矫顽力均减小.对于前驱体溶液中不同Fe3+/Sr2+摩尔比形成的单相SrFe12O19,矫顽力的大小主要由Fe3+空位和反磁化核决定.单相SrFe12O19纳米粒子间交换相互作用和硬磁的SrFe12O19与软磁的γ-Fe2O3之间的交换弹簧作用,可导致剩磁增强.     

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.     

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.     

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．