双二次耦合场对铁磁/反铁磁双层膜中交换偏置场的影响

研究了界面双线性耦合和双二次耦合对铁磁/反铁磁双层膜中交换偏置场的影响.结果表明:随着双线性耦合场或双二次耦合场的增加,交换偏置场的最大值位置向易轴靠近.另外,交换偏置场随外磁场角度的变化曲线随着双二次耦合场的增加,逐渐趋于正弦图像.其根源在于双二次耦合场与铁磁层单轴各向异场二者作用相互抵消,使曲线趋于光滑.铁磁层的磁滞回线对双二次耦合场也有一定的依赖.     

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.     

交换各向异性与单轴各向异性非共线时铁磁／反铁磁体系的交换偏置

采用能量极小原理及S-W模型研究了交换各向异性与单轴各向异性非共线时,铁磁／反铁磁双层薄膜体系的交换偏置．不施加外磁场时,根据能量与铁磁层磁化强度方向之间的关系,我们发现体系可以处于单稳态与双稳态两种不同的状态,是由交换各向异性与单轴各向异性之间的竞争决定的．体系处于单稳态还是双稳态直接决定着交换偏置的角度依赖关系．分析磁化过程发现,外磁场沿内禀易轴、内禀难轴方向施加时,磁滞回线的一支转换场发生突变,另一支转换场则保持连续,最终导致交换偏置出现阶跃行为．数值计算表明,交换各向异性的大小及方向对角度依赖关系均有很大影响;交换偏置场与矫顽场在阶跃点均具有较大的数值．交换偏置的阶跃行为决定于铁磁．反铁磁界面耦合系数、耦合方向、铁磁层材料的单轴各向异性以及厚度,是体系自身的一种性质．     

磁性材料的交换偏置效应浅谈

交换偏置效应的根源在于铁磁反铁磁界面处交换各向异性能的存在,该效应导致磁滞回线偏置,已应用于信息存储技术及永磁体磁性增强。文章介绍了磁性材料的交换偏置研究进展情况、交换偏置效应的应用、交换偏置计算模型、交换偏置材料制备手段等方面,展望了在新理论、新实验技术的推动下交换偏置研究的前景。针对òscar Iglesias等提出的计算交换各向异性能的公式,提出了通过自洽场理论来得到更为准确的结果。     

铁磁性FeMnC插入层对FeMn/Co交换偏置的影响

我们用磁控溅射方法制备了FeMn/FeMnC/Co薄膜,研究了FeMn-FeMnC-Co体系的交换偏置现象,并探讨了铁磁薄膜FeMn/Co的交换偏置场相对于插入层FeMnC厚度的变化,发现随插入层FeMnC厚度的增加,交换偏置场Heb、矫顽力及剩磁比均减小.     

Ni81Fe19／Cr82Al18双层膜中的交换耦合

研究了用磁控溅射法制备的Ｎｉ８１Ｆｅ１９／Ｃｒ８２Ａｌ１８双层膜中的交换耦合。样品的室温矫顽力与１／ｔ＾３／２Ｍ成线性关系，从而表明在Ｎ不ｉ８１Ｆｅ１９／Ｃｒ８２Ａｌ１８中交换耦合力为铁磁／反铁磁界面的随机相互作用。另外还讨论了反铁磁层厚度对交换偏置的影响。     

外应力对铁磁/反铁磁体系初始磁化状态和磁化行为的影响

采用能量极小原理和数学解析推导,我们得出了铁磁/反铁磁体系由单稳态过渡到双稳态时的临界应力与外应力方向之间的函数表达式.这个表达式可以帮助我们根据体系的物理参数来判断体系处于单稳态还是双稳态,有助于我们分析体系的磁化反转和交换偏置行为.此外,我们也分析了体系处于双稳态时,外应力对铁磁/反铁磁体系磁化行为的影响,推导出了磁滞回线中转换场满足的物理方程,有关结论有助于我们利用数学解析方法分析交换偏置中的应力问题.     

铁磁坡莫结构相变过程中涡旋的动力学微磁学研究

基于微磁学基本理论利用Gilbert方程,我们建立了软磁薄膜体系顺磁-铁磁相变过程中涡旋数目随时间的变化模型。磁化强度运动方程采用Runge-Kutta数值方法求解。结果发现:交换场一定时,在不同外磁场作用下涡旋数目变化分为两个阶段:第一阶段,涡旋数目急剧减小,第二阶段,涡旋数目较少且变化平缓,外磁场越小涡旋数越多。通过模拟计算验证了交换作用对铁磁体系的主导性作用。     

单轴与交换各向异性垂直条件下外应力对FM/AFM体系交换偏置的影响

从单轴各向异性、交换各向异性、外应力三方面出发,根据Stoner-Wohlfarth模型及能量极小值原理,主要研究了在单轴各向异性与交换各向异性垂直条件下,改变外应力的方向对铁磁/反铁磁体系交换偏置角度依赖关系的影响.数值计算表明改变外应力的方向,可以使体系在单稳态与双稳态之间转变,导致角度依赖关系发生显著变化.     

Tb/Fe_(50)Mn_(50)多层膜层间与界面交换耦合的研究

采用磁控溅射技术制备了Tb/Fe50[Mn]50 n多层膜,用Versalab振动样品磁强计测量薄膜样品在不同温度下的磁滞回线,研究了Tb/Fe50[Mn]50 n多层膜体系矫顽力和温度、薄膜层数及反铁磁层厚度的关系,以及薄膜铁磁层与反铁磁层界面耦合作用和铁磁层的层间耦合作用.研究发现铁磁层与反铁磁层的界面耦合作用随温度升高而增加,且存在随薄膜厚度增加而增大的转变温度Tt.当TTt时,界面耦合使矫顽力减小;当TTt时,使矫顽力增大.铁磁层的层间耦合作用随反铁磁层厚度在铁磁耦合和反铁磁耦合之间振荡变化,当TTt时耦合作用强度随温度增加而减小,但当TTt时,耦合作用突然增强.     

Magnetic vortex core reversal by excitation with short bursts of an alternating field

The vortex state, characterized by a curling magnetization, is one of the equilibrium configurations of soft magnetic materials and occurs in thin ferromagnetic square and disk-shaped elements of micrometre size and below. The interplay between the magnetostatic and the exchange energy favours an in-plane, closed flux domain structure. This curling magnetization turns out of the plane at the centre of the vortex structure, in an area with a radius of about 10 nanometres--the vortex core. The vortex state has a specific excitation mode: the in-plane gyration of the vortex structure about its equilibrium position. The sense of gyration is determined by the vortex core polarization. Here we report on the controlled manipulation of the vortex core polarization by excitation with small bursts of an alternating magnetic field. The vortex motion was imaged by time-resolved scanning transmission X-ray microscopy. We demonstrate that the sense of gyration of the vortex structure can be reversed by applying short bursts of the sinusoidal excitation field with amplitude of about 1.5 mT. This reversal unambiguously indicates a switching of the out-of-plane core polarization. The observed switching mechanism, which can be understood in the framework of micromagnetic theory, gives insights into basic magnetization dynamics and their possible application in data storage.     

柱状旋流分离器旋转涡核边界分布特性

采用微分雷诺应力模型对柱状旋流分离器气体单相流场中的旋转涡核边界分布特性进行数值模拟,阐述涡核的衰减形态,考察升气管直径、入口面积以及筒体长度变化对旋转涡核边界分布的影响。结果表明:零轴速包络边界与旋转涡核边界分属不同面,二者分布于升气管投影面的两侧;旋转涡核在分离器中的自然终止形态是涡核尾端弯曲终止于壁面,并沿壁面做圆周运动;涡核边界宽度随升气管直径的减小、入口面积的增大而减小;当筒体较短时,在较大跨度的升气管直径分布内,涡核边界沿轴向近似成柱状分布。筒体长度增加会使切向速度沿轴向产生衰减,涡核边界在升气管入口区域向外扩张,沿轴向向下逐渐收缩。     

考虑旋转和曲率修正的螺旋桨梢涡流场模拟

应用显式代数雷诺应力湍流模型对螺旋桨尾流中梢涡流场分布进行了数值研究,为了避免过高地预报梢涡涡核内湍流黏性耗散,对湍流模型进行了旋转和曲率修正．应用全六面体网格对螺旋桨计算域进行网格划分,为了避免数值离散误差,对梢涡区域进行了网格加密处理．计算结果表明：提出的尾流中梢涡流场分布数值模拟方法能够准确预报螺旋桨梢涡流场的分布及涡核位置,并准确反映了梢涡形成和发展过程中梢涡内主涡和次涡的关系,与实验测量结果基本一致．     

三维水翼初始梢涡空泡数的尺度效应

针对梢涡流场和初始梢涡空泡数的尺度效应问题,利用大涡模拟(LES)湍流模型对三维水翼的梢涡流场流速进行模拟计算;为减少误差,对梢涡流域网格进行了局部加密处理,对未发生空化时梢涡内的轴向速度和切向速度进行计算.结果表明,LES湍流模型的流场流速计算结果与实验值吻合较好.同时,介绍了经典初始梢涡空泡数尺度效应公式的推导过程,并利用数值计算的速度环量和涡核半径修正尺度效应公式.     

涡旋的提取和跟踪算法研究

文中提出了基于特征流场[1]概念的平面时变流场多涡结构中涡旋的自动提取及跟踪算法研究。该算法是通过提取流场中的涡旋区域从而确定涡核范围,对涡核采用流线积分的方法来跟踪,精密跟踪三维特征流场内涡核以及在被积流线上记录其具体的演化路径,从而为流场中不同时段的演变过程能更直观的去观察奠定了基础。     

匀动螺旋状集中涡的流函数解析表达及其证明

旨在推导在圆柱直管中作均匀运动的右旋单螺旋状集中涡管诱导无粘流场流函数的解析表达式,并将结果回代到涡与流函数的微分方程中,证明这一解析解的正确性．结果显示：涡管流函数是时间的周期函数,并被表征为一系列在涡核内均匀分布螺旋涡丝流函数的叠加．当螺旋涡管沿自身轴线移动一个节距,同时绕自身轴线旋转一圈时,螺旋涡管诱导的流场退化为定常场．若令圆柱直管半径趋于无穷大,则获得在无穷大域中作均匀运动的三维螺旋状圆柱集中涡管的流函数．     

活塞和圆盘涡环的运动学特征分析

采用数值模拟方法,使用流函数和拉格朗日相关结构对由2种生长机制所得涡环的典型物理特征进行分析.结果表明:由2种生长机制所得涡环均属于薄核涡环,其涡核的涡量分布满足高斯分布,并且具有统一的物理模型;但由于2种涡环生长过程中的环境差异而导致其运动学特征存在差异,主要表现在涡环的传输速度和无量纲涡核半径有所不同.     

防返混锥对旋风分离器旋进涡核的抑制作用

用热线风速仪采样测定了装有防返混锥的旋风分离器旋进涡核 (PVC)的作用范围和频率、幅值等参数 ,并用FFT变换的方法进行了处理。结果表明 ,防返混锥极大地抑制了旋进涡核的作用 ,特别是使旋进涡核的作用范围控制在内旋流很小的区域内 ,有效地防止已分离粉尘的再次扬起。从旋风分离器非稳态运动的旋进涡核的角度说明了防返混锥的作用机理     

水力旋流器内部流场的数值研究

在PIV实验验证的基础上,利用RSM雷诺应力模型和VOF两相流模型对50mm水力旋流器内部流场进行了系统的数值研究.结果表明:旋流器内静压从器壁至中心逐渐下降,静压为0处即为空气柱边界,空气柱内为负压,空气柱的存在增加了分级过程的能量消耗;旋流器内切向速度分布符合组合涡特征,内部为强制涡运动,外部为半自由涡运动;零速包络面是轴向速度方向发生改变的转折面,其上部为柱形,下部为锥形,柱形段直径约为溢流管的23倍;在外旋流区域径向速度方向从旋流器器壁指向中心,内旋流区域存在方向相反、位置相对的径向速度,空气柱内径向速度基本为0.     

纵向涡发生器在翅片管束中的位置优化

采用经过验证的层流模型,对带纵向涡发生器的单排翅片管束的流动换热进行建模分析,就距离圆心4种距离、5种角度的纵向涡发生器对翅片管束性能的影响机理展开分析,发现涡发生器对翅片管束的作用表现在翅片上弱换热区大小的改变和沿流动方向涡量强度的改变两个方面.涡发生器能够推迟圆柱绕流的分离点进而减小管后弱换热区,同时能够利用较大涡量的主涡使局部核心区的流体混合,提高流体的温度梯度.对比结果表明,在雷诺数范围为600～2 600,对单排圆管翅片管束而言,涡发生器相对翅片管束圆管中心为130°同时离圆心相对距离为1.36时效果最好,综合性能指标提高7%～30%;对于两排翅片圆管管束,顺排和叉排都在第二排涡发生器角度为120°时效果最好,综合性能指标提高分别可达15%和28%.