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有限尺度下纳米点阵的磁学性质

朱纯  
【摘要】: 周期排列的磁性(单畴)纳米颗粒构成的小点阵体系,在未来的高密度数据存储器(1 Tb/in~2范围)和磁场感应器等方面有着重要的应用。在这些纳米磁颗粒点阵体系中,颗粒间的偶极相互作用、外加磁场的方向等都对体系的动力学磁化过程有着重大的影响。尤其在点阵比较小时,体系展示了有趣的磁学性质。因而,研究纳米磁颗粒小点阵体系的磁学特性,不仅在理论上有重要学术价值,同时也为实际应用提供参考方案,是凝聚态物理和纳米磁学的前沿课题。 我们依据Landau-Lifshitz-Gilbert方程(LLG方程),研究一个有限大小的N×N平方点阵结构的单畴磁性颗粒体系的磁滞现象。每个纳米磁性颗粒具有垂直各向异性并且颗粒与颗粒间具有偶极相互作用,其磁矩可以在三维空间任意取向。 首先,我们对偶极相互作用对颗粒磁矩翻转的影响进行了具体研究。当外加一个垂直于点阵平面的磁场时,沿外场方向的磁化强度跟颗粒间的偶极相互作用强度密切相关。在偶极相互作用较弱时,磁滞回线显示了一个阶梯式的环状结构。随着偶极相互作用增强,磁滞回线将显示一个大环和几个小环的形状。当偶极相互作用变得很强时,这些环将会消失。这些变化联系着系统能量的跃变,也对应着磁矩构型的转变。作为比较,我们还研究了外加磁场平行于点阵平面的情况,在一般的偶极相互作用强度下,整个体系显示出非磁滞特性,且对偶极相互作用不敏感。这说明,外加磁场平行于点阵平面时的磁化特性主要由垂直各向异性引起,而外加磁场垂直于点阵平面时的磁化环主要由颗粒间的强偶极相互作用引起。同时,我们研究了不同偶极相互作用强度下的剩磁,和使磁化强度平行于外场方向的分量由正变为负的临界场。发现磁化翻转与偶极相互作用有着很大的关联。 其次,我们对外加磁场方向对磁化特性的影响进行了具体研究。将外加磁场方向从处在小点阵体系平面内向垂直于小点阵平面的方向变化,我们发现磁化特性曲线随着外场方向的变化非常敏感。同时,由于偶极相互作用能、垂直各向异性能和塞曼能的相互竞争,有限尺度下的磁滞回线展示了强烈的尺寸效应。最后,我们还研究了剩磁和翻转场随着外场方向和偶极相互作用的变化,由于此中磁化过程的不同,而体现了各向异性。


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