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.     

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.     

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.     

NdFeB磁体的晶粒相互作用、矫顽力和δM(H)曲线

采用δM(H)曲线方法研究了烧结和快淬纳米双相NdFeB磁体的矫顽力与\r 晶粒微结构和相互作用的关系．随磁化场的增强,δM(H)由正值增加,达到峰值后\r 下降,然后变为负值．标志晶粒相互作用从以交换耦合作用为主转变为以静磁相互 作用为主,使δM(H)取正向峰值的磁场略小于磁体的矫顽力．烧结NdFeB磁体\r δM(H)曲线的正向峰值随取向磁场的增加而增大,且峰值位置左移,表明取向磁场 对磁体性能的影响类似于晶粒交换耦合作用．纳米双相NdFeB磁体δM(H)曲线的 正向峰值随晶粒尺寸的减小而增大,表明晶粒交换耦合相互作用随晶粒的减小而增\r 强;较强磁场下的δM(H)有较大的负值,表明具有高磁化强度的软磁性相对静磁相\r 互作用有较大的贡献．     

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.     

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.     

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。     

层状Heisenberg亚铁磁系统的温度补偿行为

采用双时温度格林函数方法讨论了具有层间耦合的蜂窝状晶格3/2和5/2混自旋亚铁磁Heisenberg系统全温区的磁性行为·讨论了晶体场单离子各向异性和层间耦合效应对系统磁矩、转变温度和补偿温度的影响·给出了子晶格磁矩和总磁矩在不同的晶体场单离子各向异性和层间耦合效应随温度变化曲线,系统的转变温度和补偿温度随晶体场单离子各向异性和层间耦合效应变化的相图·分析表明:系统存在多种磁矩曲线,当晶体场单离子各向异性和层间耦合超过最小值(D1min/J和J1min/J)后才会出现补偿现象,补偿温度随D1/J和J1/J的增大而减小,最后趋于不变·     

金属间化合物ErFe12-xMnx的结构和磁性

研究了Mn对金属间化合物ErFe12-xMnx的结构和磁性的影响。2．0≤x≤5．0成分范围内的ErFe12-xMnx化合物具有单相ThMn12型结构。晶格常数α和c及单胞体积V随Mn成分的增加而增大。ErFe10Mn2和ErFe9Mn3化合物的热磁曲线上出现了自旋重取向转变,ErFe8Mn4化合物的热磁曲线上出现了补偿点。随着Mn成分增加,居里温度TC单调降低,过渡金属次晶格磁矩μT单调减小。     

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。     

SMC爪极永磁同步电动机的参数与性能计算

在电机磁路计算与磁场三维有限元数值分析的基础上,进行了以软磁复合(SMC)材料为定子铁心的爪极永磁电动机的优化设计和性能仿真研究,实验结果与理论计算有较好的一致性．     

SMC爪极永磁电动机的设计特点

在简要分析开发软磁铁粉材料 (SMC)永磁电动机前景的基础上 ,设计并制造了一台以SMC材料为定子铁心的爪极永磁同步电动机 ,建立了电机的等值磁路图并进行了磁场分析 .采用三维有限元数值方法进行了磁场计算 ,计算结果得到样机试验结果的验证 .介绍了SMC爪极永磁电动机样机的结构及设计特点     

(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.     

磁场对恒星结构演化的影响

近年来人们发现磁场对恒星结构和演化有着重要的影响。本文简述了磁场产生的发电机原理,即恒星对流区的α-Ω发电机和辐射平衡区Tayler-spruit磁场发电机。Maeder&Meynet(2005)根据Tayler-spruit磁场发电机研究了磁场对恒星结构和演化产生的影响。他们发现磁场极大地增加恒星内部各层之间的耦合,使得恒星内部为接近刚性转动,而无磁场的恒星其内部为高度的较差自转。同时有磁场的恒星模型其表面有较高的N,He等元素增丰,同时带来C,O元素的消耗。磁场还引起恒星内部子午环流,剪切湍流等物理过程的变化。     

超磁致伸缩驱动微泵的磁场优化分析与实验验证

为使超磁致伸缩驱动微泵中超磁致伸缩材料(GMM)棒获得最佳的磁致伸缩性能,在ANSYS Maxwell软件中建立双线圈式驱动磁场、外线圈内永磁体式驱动磁场、内线圈外永磁体式驱动磁场模型,进行仿真分析,得到三种情况下微泵轴线上平均磁场强度和磁场均匀度,并通过试验验证优选结构的磁场强度和均匀度。结果表明:外线圈长度L_(q1)=104 mm,厚度d_(q1)=12.5 mm;内线圈长度L_(q2)=104 mm,厚度d_(q2)=12.5 mm的双线圈式驱动磁场相对于外线圈内永磁体式和内线圈外永磁体式平均磁场强度提高了117%和8.6%,磁场均匀度下降4%。试验结果与仿真结果基本吻合,验证了仿真模型的正确性。     

Perpendicular switching of a single ferromagnetic layer induced by in-plane current injection

Modern computing technology is based on writing, storing and retrieving information encoded as magnetic bits. Although the giant magnetoresistance effect has improved the electrical read out of memory elements, magnetic writing remains the object of major research efforts. Despite several reports of methods to reverse the polarity of nanosized magnets by means of local electric fields and currents, the simple reversal of a high-coercivity, single-layer ferromagnet remains a challenge. Materials with large coercivity and perpendicular magnetic anisotropy represent the mainstay of data storage media, owing to their ability to retain a stable magnetization state over long periods of time and their amenability to miniaturization. However, the same anisotropy properties that make a material attractive for storage also make it hard to write to. Here we demonstrate switching of a perpendicularly magnetized cobalt dot driven by in-plane current injection at room temperature. Our device is composed of a thin cobalt layer with strong perpendicular anisotropy and Rashba interaction induced by asymmetric platinum and AlOx interface layers. The effective switching field is orthogonal to the direction of the magnetization and to the Rashba field. The symmetry of the switching field is consistent with the spin accumulation induced by the Rashba interaction and the spin-dependent mobility observed in non-magnetic semiconductors, as well as with the torque induced by the spin Hall effect in the platinum layer. Our measurements indicate that the switching efficiency increases with the magnetic anisotropy of the cobalt layer and the oxidation of the aluminium layer, which is uppermost, suggesting that the Rashba interaction has a key role in the reversal mechanism. To prove the potential of in-plane current switching for spintronic applications, we construct a reprogrammable magnetic switch that can be integrated into non-volatile memory and logic architectures. This device is simple, scalable and compatible with present-day magnetic recording technology.