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.     

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.     

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.     

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.     

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．     

纳米CoPt/Co双层膜和三层膜中长程磁极子相互作用引起的skyrmion与vortex现象

本文通过三维微磁学数值模拟,系统地计算了CoPt/Co磁性双层膜与CoPt/Co/CoPt三层膜结构中的自旋分布.计算结果表明,当三层膜的硬磁相和软磁相厚度分别为8nm和16nm左右时,在三层膜的每一层均会出现斯格明子(Skyrmion)结构.特别是,我们首次发现,当双层膜的硬软磁层厚度均在8nm左右时,在硬磁相和软磁相中均会出现斯格明子结构,即双斯格明子态.双层膜软磁相出现斯格明子的厚度要比三层膜小很多,其对应的斯格明子数只比三层膜小约8%.斯格明子数对硬磁相和软磁相的磁晶各向异性常数K和交换作用常数A都比较敏感,随着K和A的变化,体系硬磁相和软磁相的自旋分布会在涡旋(Vortex)态和斯格明子态之间相互转化,而界面耦合常数对斯格明子数影响不大.     

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.     

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.     

(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.     

纳米复合（NdDy）2（FeNb）14B／α—Fe永磁合金

采用单辊急冷法并晶化退火制备了高剩磁，高矫顽力和高磁能积的（ＮｄＤｙ）２（ＦｅＮｂ）１４Ｂ／α－Ｆｅ纳米复合永磁合金，其最佳磁性能分别为Ｂｒ＝１．０２Ｔ，Ｈｅｉ＝７０２ｋＡ／ｍ（ＢＨ）ｍａｘ＝１３４ｋＪ／ｍ＾３，合金的组织结构由硬磁相（ＮｄＤｙ）２（ＦｅＮｂ）１４Ｂ和软磁相α－Ｆｅ在纳米级范围内复合而成，两相的平均晶粒尺寸为３０ｎｍ，该咱合金优异的磁性能起源于纳米晶硬磁相和软磁相之间的磁交换耦合作     

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.     

垂直磁记录薄膜交换耦合作用及开关场分布的测量

采用Lakeshore7407型振动样品磁强计,以Co-Pt垂直磁记录薄膜为例,详细介绍了垂直薄膜等温剩磁(isothermalremanentmagnetization,IRM)曲线、直流退磁剩磁(directcurrentdemagnetizationremanence,DCD)曲线的测量方法和退磁因子的计算方法,并给出根据退磁场修正后的IRM和DCD曲线计算垂直磁记录薄膜曲线和开关场分布(SFD)的方法.最后详细讨论了薄膜的微观组织和易磁化轴取向分布对退磁场、交换耦合作用和SFD的影响.结果表明:退磁场的存在使得直接测量得到的晶粒间交换耦合作用偏小,开关场分布宽化;影响晶粒间交换耦合作用的内在原因是介质的微观组织和易磁化轴的取向分布.     

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.     

外磁场下单离子各向异性海森堡铁磁体的低温磁性质

文章运用自旋波理论研究了在外磁场下有单离子各向异性的一维海森堡铁磁体的低温磁性质．通过霍斯坦因一普利马科夫变换得到近似的哈密顿量．详细讨论了磁化强度、磁化率、内能、比热等随温度、各向异性参数和外磁场的变化情况．推导出内能u（t）和比热cm（T）随温度的变化规律u（t）～ta与Cm（T）～tβ,并得出指数a,β与单离子各向异性参数以及外磁场的关系．文章的结果与采用其他理论以及蒙特卡罗模拟所得到的结果相符合．     

场致排列CrO2/Polystyrence复合材料结构及磁性分析

研究了CrO2/Polystyrence(聚苯乙烯简称PS)的场致排列复合材料的结构与磁性.通过对场致排列CrO2/PS复合样品与随机样品XRD的比较分析显示复合排列样品具有明显的各向异性特征,PS的加入并没有改变晶体的结构,磁滞洄线分析显示磁场平行于样品的易磁化轴时样品的磁矩很容易饱且剩磁较大,垂直时样品的磁矩不容易...     

介质中的电磁能量密度及其损耗

以电磁场理论为基础,从场与介质相互作用的角度详细分析了介质中电（磁）场能量密度的物理意义,将介质中的电磁能量密度分解为电（磁）场能量密度和介质的极（磁）化能量密度.极（磁）化能量密度决定于极（磁）化强度和外场强度.在交变电（磁）场中产生电磁能量损耗的物理机制是,由于非线性介质中的各种阻尼作用,电（磁）偶极矩跟不上外场的变化而出现弛豫损耗,电磁能量被损耗转换为热能.利用极（磁）化能量密度公式导出在简谐交变外场中电磁能量损耗的平均功率密度表达式,该损耗功率密度与介质的相对介电常数（磁导率）的虚部、外场频率和场强的平方成正比.电磁能量密度时变值分解为场能时变值、极（磁）化能时变值和电磁损耗时变值.     

Effects of the grain alignment on the coercivity and its angular dependence for NdCoFeB permanent magnets

The dependence of the macroscopic magnetism for NdCoFeB permanent magnet on the degree of grain alignment has been studied. With an increase in grain alignment degree, the coercivity of the permanent magnet decreases and the remanence increases. The decrease rate of the coercivity is smaller than the increase rate of the remanence. The coercivity H c(θ) increases with increasing angle θ between the applied field and the texture axis, and for the permanent magnets with good grain alignment the increase rate of H c(θ) is large. These experimental results can be interpreted by using the starting field theory of coercivity.