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磁性颗粒复合介质的电磁特性

胡珍叶  
【摘要】: 颗粒复合介质是指颗粒状的一种或几种材料无规分布在某种基质中而形成的新型复合材料。由不同组分的材料形成颗粒复合介质后,可具有与组分物差异很大的性质,展现出丰富的物理现象。由于这种颗粒复合介质在实验上比较容易制备,对实际的应用提供了广阔的前景。理论上对这种颗粒复合介质的研究成为理论物理研究的一个热门课题,许多理论与实验学者都对这些颗粒复合介质产生了浓厚的兴趣。 我们所讨论的磁性颗粒复合介质是指由金属磁性颗粒无规分散在非磁性的绝缘基质中形成的一种复合材料,这种颗粒复合介质是本文研究的重点对象,它们无规地与基质不相溶地分散在非磁绝缘基质中。本文主要以(dynamic EMA)的方法和有效媒质理论Bruggeman方程来研究了金属磁性颗粒体系中的磁谱和非磁金属颗粒在磁性颗粒体系中的磁谱及金属磁性纳米颗粒复合材料的左手特性。 对于一个由具有单轴各向异性的单畴铁磁颗粒浸在非磁绝缘介质中的颗粒体系,假设所有的颗粒大小均相同,我们可以推导出单个单畴颗粒的磁化率张量,然后通过坐标变换来推导出整个体系有效磁化率张量。考虑到颗粒尺寸的影响,以及介电与磁之间相互影响,我们使用了电磁耦合的有效媒质理论(dynamic EMA)研究了金属磁性颗粒与非磁颗粒无规混合体系中的磁谱和介电谱以及非磁金属颗粒与在磁性颗粒无规混合体系中的磁谱。计算结果表明,非磁金属颗粒在磁性颗粒体系中金属性颗粒可以激发磁性颗粒在高频共振等其它性质。 当颗粒的半径大小在纳米尺度范围内时,由于电磁耦合的影响很小,这时可以忽略颗粒尺寸的影响,就可以采用有效媒质理论Bruggeman方程来计算金属磁性颗粒复合体系的有效介电常数εe和有效磁导率μe与频率之间的变化关系,进一步可以求出该金属磁性颗粒体系的平均坡印廷矢量Sω和波矢k与频率之间的变化关系,依据电磁场的知识可知,由于在一段频率范围内Sω? Re( k ) 0,因此相速度与群速度的方向相反,能流与波矢的方向也是相反的,因而此金属磁性颗粒复合材料在这一频率范围内呈现出左手特性。我们还发现,当金属磁性颗粒的磁阻尼系数较小时,体系在磁共振频率段附近出现双负的有效磁导率和介电常数,当磁阻尼系数较大时,磁共振现象减弱,有效磁导率不出现负值,从而导致体系在整个频率段内都不会出现左手特性。


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