插值法优化基于微磁学模拟的斯格明子半径计算方法

通过三次样条插值结合傅里叶级数展开的计算方法,对微磁学离散计算模型的模拟结果进行优化处理,提出了一种计算磁性斯格明子和类斯格明子结构半径的方法。分别对圆形、椭圆形斯格明子进行分析,研究结果表明,该方法能够有效减少离散模型对数据取样所带来的影响,提高斯格明子及类斯格明子结构半径计算的精确度。该方法可进一步用于定量表征这类磁结构在动力学过程中出现的形变,以及研究由其形变所衍生的新物理现象和机制。

垂直点接触自旋霍尔纳米振荡器中自旋波动力学的微磁学模拟

基于微磁学模拟的方法,对垂直点接触自旋霍尔纳米振荡器(VNC-SHNO)中自旋波的激发和其非线性动力行为随电流、磁场及角度的依赖关系进行了详细的数值模拟研究.首先研究了纳米振荡器的频谱特性随激发电流的变化的关系,发现在低电流下,其频谱在远低于铁磁共振频率f_(FMR)处出现一个自旋相干性很好的振荡峰f_(1)以及几个高阶谐波峰,且其频率随电流增加表现出明显的红移;而在高电流下,其频谱除了出现低频f_(1)峰以外,在接近f_(FMR)处还出现了一个高频峰f_(2),但其频率几乎不随激发电流变化.其次,通过振荡模式的功率谱的空间分布图,发现f_(1)是局域在点接触边界的一类非线性“子弹”型自旋孤波,而f_(2)是分布在局域模f_(1)外围的一类准线性传播型自旋波.最后,还细致研究了外加磁场强度及外加磁场面外角度对自旋霍尔纳米振荡器中这两类自旋波的激发和调控规律,为下一步实验研究该器件的非线性动力特性及其在非线性逻辑计算中的应用提供了理论基础.

(Nd_(1-X)Pr_(X))_(2)Fe_(14)B壳-Nd_(2)Fe_(14)B核型磁体微磁学模拟

从材料基本物性出发,运用微磁学方法以(Nd_(1-X)Pr_(X))_(2)Fe_(14)B-Nd_(2)Fe_(14)B壳核型单晶粒为模型,计算了晶粒尺寸、壳层厚度、Pr掺杂量对矫顽力、剩磁、磁能积等重要性能参数的影响.结合分析退磁能与各向异性能及其变化来解释各物理量对磁能积的影响内在机制,并讨论磁化反转形核过程,分析磁化反转机制.通过计算磁能积、性价比为工业生产提供符合其需求的生产策略.

无稀土永磁MnAl纳米带太赫兹磁导率的微磁学模拟

无稀土永磁材料MnAl具有很高的磁晶各向异性能,是一类成本低、永磁性能优异的材料。基于微磁学模拟的方法,从理论上验证了是否可以在MnAl合金上获得显著的太赫兹(THz)磁导率。研究结果表明,自发磁化状态下MnAl合金纳米带阵列的磁响应主要集中于微波频段,只可以获得一个宽化的磁谱,主峰位于45GHz。然而,若通过控制材料的剩余磁化状态,使其剩磁比(M_(r)/M_(s))为1,则可以在0.1675THz获得一个显著的磁谱。此外,研究还表明通过改变纳米带阵列的几何尺寸,可对它的THz磁谱进行调控。与通过超材料来获得THz磁谱相比,本工作展示了一个新颖的方法。

Sm-Co/α-Fe/Sm-Co三层膜磁反转过程的微磁学模拟

使用微磁学模拟软件OOMMF详细研究了软、硬磁层厚度对Sm-Co/α-Fe/Sm-Co磁性纳米三层膜体系磁反转过程的影响。结果显示,固定硬磁层厚度2.5nm,随着软磁层厚度的增大,体系由完全耦合的单相反转行为转变为软磁中心部分优先成核的两相反转行为。对于指定的硬磁层,只有软磁层达到一定厚度时,Sm-Co/α-Fe/Sm-Co磁性纳米三层膜才会体现出与Sm-Co单层膜不一样的磁反转过程和磁性能。

磁性纳米体系形状各向异性效应的微磁学模拟

利用微磁学模拟软件OOMMF详细研究了形状对磁性纳米体系矫顽力的影响。模拟结果显示当体系厚度一定时,随着长度和宽度的增加,矫顽力先迅速降低,然后逐渐趋于平缓,通过计算体系的退磁因子论证了矫顽力降低的原因主要来源于形状各向异性。同时,对不同尺寸体系的磁化反转过程进行了研究,结果发现由于形状各向异性的影响,体系在不同的尺寸范围内表现出不同的磁化反转过程,这种不同的磁化反转过程,是引起体系矫顽力大小有所差异的主要原因。

Sm-Co/α-Fe双层膜和多层膜磁反转的微磁学模拟

采用微磁学模拟软件OOMMF,详细研究了软/硬磁层总厚度不变,结构的变化对Sm-Co/α-Fe薄膜磁性能和磁反转过程的影响。结果显示,从双层膜变化到多层膜的过程中,不同的结构具有不同的磁性能和磁反转过程;当结构优化为Sm-Co(7.5 nm)/α-Fe(2.5 nm)/Sm-Co(5 nm)/α-Fe(2.5 nm)/Sm-Co(7.5 nm)多层膜时,最大磁能积和矫顽力相比Sm-Co(20 nm)/α-Fe(5 nm)双层膜大幅度提高,分别为1015.44 k J/m3和μ0Hc=1.891T。此结论对高性能交换耦合类磁性薄膜的研究具有一定的指导意义。

Nd_2Fe_(14)B/α-Fe双层膜和多层梯度膜磁反转过程的微磁学模拟

利用微磁学有限差分计算方法,详细研究了软/硬磁层总厚度固定不变,结构的变化对Nd2Fe14B/α-Fe双层膜和Nd2Fe14B/α-Fe/Nd2Fe14B多层梯度膜的磁性能和磁反转过程的影响。结果表明,从双层膜变化到多层梯度膜的过程中,不同的结构具有不同的磁性能和磁反转过程;当结构优化为Nd2Fe14B(10 nm)/α-Fe(5 nm)/Nd2Fe14B(10 nm)多层梯度膜时,磁滞回线台阶消失,矫顽力大幅度降低。此结论对交换耦合梯度介质的实验设置具有一定的指导意义。

L1_0-FePt/Fe交换耦合多层梯度膜的微磁学模拟

以微磁学理论为基础,详细研究了磁晶各向异性梯度变化对L10-Fe Pt/Fe交换耦合多层梯度膜磁性能的影响。结果显示,随着梯度跨度增大,矫顽力和剩余磁化强度逐渐减小。适当低的矫顽力使磁头容易记录信息,但大幅度降低的剩余磁化强度不利于磁头读取信息。通过在L10-Fe Pt/Fe交换耦合多层梯度膜上覆盖一层2.5nm的L10-Fe Pt硬磁层后,矫顽力基本不变,但剩余磁化强度大幅度提高,解决了磁头读写信息的矛盾。此结论对实验制备交换耦合类梯度介质具有一定的指导作用。

核((Nd0.7,Ce0.3)2Fe14B)-壳(Nd2Fe14B)型磁体反磁化的微磁学模拟

以核((Nd0.7,Ce0.3)2Fe14B)-壳(Nd2Fe14B)型晶粒为研究对象,利用C++语言进行编程建模,通过微磁学模拟软件OOMMF进行计算仿真,系统讨论了核的尺寸、壳层厚度以及壳层分布对单晶粒磁体反磁化过程的影响.对于核((Nd0.7,Ce0.3)2Fe14B)-壳(Nd2Fe14B)型晶粒,当壳层厚度不变时,矫顽力随核的尺寸增加而单调递减.当核的尺寸不变时,壳层厚度的增加使得矫顽力先增加后降低.当核的尺寸不变,壳层总体积也不变时,壳层的不同分布会影响矫顽力的大小,其中当壳层仅平均分布于核的z面(垂直于z轴的两个面)时,矫顽力达到最大值.

基于Python语言的微磁学模拟中自旋波波形后处理工具

微磁学模拟的数据后处理是一个复杂且耗时的问题。利用Python语言开发了一款针对仿真软件MUMAX3的自旋波波形后处理工具SWSA(Spin Wave Shape Analyzer),可以对一维、二维的波形图进行批量处理,并且可以进行动态视频显示,能够定性反映磁性结构中某些磁性参数动态变化过程,可视化界面操作和脚本操作的方式也让应用更加方便快捷,对于MUMAX3软件工具链的形成具有积极的意义。

SrFe_(12)O_(19)/Co纳米复合双层膜的微磁学模拟

将纳米尺寸的硬磁材料和软磁材料组成纳米复合材料是提高永磁材料磁性能和降低生产成本的重要途径。采用微磁学模拟软件OOMMF研究了软磁相厚度对SrFe_(12)O_(19)/Co纳米复合双层膜体系磁性能的影响。结果显示,固定硬磁相厚度10 nm,随着软磁相厚度(Ls)的增加,最大磁能积先增大后减小,并在Ls=13 nm时取得峰值,达到234.55 kJ/m^3,远远超过目前单相高性能SrFe_(12)O_(19)的最大磁能积40 kJ/m^3。随着软磁相厚度的增加,体系由完全耦合的单相磁反转行为转变为软磁相部分优先成核的两相反转行为,并表现出显著的剩磁增强效应,矫顽力逐渐降低。

晶粒取向对M型钡铁氧体纳米线阵列磁性能的影响:微磁学模拟与环行器设计

相比于块体或者薄膜结构,纳米线阵列结构的M型钡铁氧体由于具有极高的形状各向异性、剩磁比和更高的共振频率,非常适合应用在Ka波段自偏置环行器中。通过微磁学模拟手段详细研究了晶粒取向对M型钡铁氧体纳米线阵列磁性能的影响,并基于微磁学模拟结果设计了自偏置环行器。结果表明,随着取向角φ的减小,M型钡铁氧体纳米线阵列的剩磁比、矫顽力和共振频率增高,在φ=10°时,剩磁比高达0.99,矫顽力μ0Hc=1285 mT,共振频率为54 GHz。环行器的性能也随着取向角φ的减小而变好,在φ=10°时,环行器工作频率为41.4 GHz,工作带宽达1270 MHz。

双主相Nd-Fe-B/Ce-Fe-B周期多层膜磁性能的微磁学模拟研究

为了提高永磁薄膜的磁性能以及提高Ce元素的利用率,基于微磁学理论,采用OOMMF软件对双主相Nd_(2)Fe_(14)B/Ce_(2)Fe_(14)B周期多层膜的磁化反转过程进行了模拟,系统地研究了磁化反转过程中磁层厚度和多层膜层数对周期多层膜磁性能的影响,分析了体系的剩磁、矫顽力、磁滞回线和磁化反转过程中的能量变化以及磁体的矫顽力机制,为日后制备高含量Ce的高性能磁体提供参考。研究结果表明:当固定多层膜厚度和层数不变时,随着磁层厚度的增加,体系的矫顽力和最大磁能积均逐渐减小;周期多层膜的矫顽力机制主要由成核主导;在其他条件相同时,平行取向的周期多层膜的矫顽力和磁能积均优于垂直取向的周期多层膜;周期多层膜总厚度的增加会降低取向对矫顽力的影响。研究结果将有助于加深对双主相Nd-Fe-B/Ce-Fe-B磁体磁化反转机理的认识,为将来在实验中优化永磁薄膜的磁性能提供参考。

磁性Skyrmions信息存储器的微磁学模拟

为了解决当前存储信息技术的发展问题,人们发现了一种新型的高密度信息载体——磁性Skyrmions.实现对磁性Skyrmions生成和输运的微观调控是完成其器件化过程中至关重要的一步.本文基于微磁学模拟方法,通过OOMMF软件首先在纳米盘模型中详细研究了自旋极化电流注入对磁性Skyrmions生成的影响.在局域电流注入过程中,调节自旋极化电流密度、电流注入时间和注入电流面积,得到了不同注入电流面积下阈值电流密度以及注入时间对Skyrmions拓扑数的影响;在全局电流注入中,实现了两种手性Skyrmions的生成,并讨论了模型尺寸对于Skyrmions拓扑数和尺寸的影响,对于低能耗、高密度新型Skymions信息存储器的研发提供了理论指导.

基于斯格明子的自旋转移矩纳米振荡器的微磁学模拟

最近,人们发现了一种性能优良的新型磁性结构——斯格明子,为了解决传统微波发生器件能耗高、频谱窄等一系列问题,人们提出设计一种基于磁性斯格明子的自旋纳米振荡器。该器件的研发还处于理论设计阶段,因此有必要对斯格明子在器件中的产生及振荡机制进行研究。本文采用微磁学模拟方法,探究了极化电流密度以及DMI(Dzyaloshinkii-Moriya interaction)对斯格明子成核的影响规律。着重模拟了单个斯格明子在纳米圆盘中的振荡行为,并总结了电流密度以及DMI对斯格明子进动频率以及进动半径的影响。最后,探索了斯格明子个数对振荡器输出频率的影响,以期对该器件的研发提供理论预测和指导。

Ce_(1.66)Mg_(1.34)Co_(3)和α″-Fe_(16)N_(2)多层梯度膜磁反转性质的微磁学模拟

为了改善永磁薄膜的磁性能,基于微磁学理论,使用编程软件OOMMF针对Ce_(1.66)Mg_(1.34)Co_(3)和α″-Fe_(16)N_(2)交换耦合多层梯度膜的磁化过程进行模拟,系统研究磁晶各向异性梯度对多层膜性能的影响,分析体系的剩余磁化强度、矫顽力、磁滞回线和磁化反转过程中的能量变化。研究表明:减小磁晶各向异性梯度或增加界面处磁晶各向异性的差值,可以有效提高薄膜的矫顽力和剩余磁化强度,从而改善磁性能。通过计算磁矩分布发现一种磁涡旋态,这种磁涡旋态的产生过程伴随系统能量的增加。

Co纳米线磁矩反转动态过程的有限元微磁学模拟

采用有限元微磁学模拟方法研究了Co纳米线在不同外加恒磁场下磁矩的翻转过程.研究结果表明在直径为10nm的Co纳米线内,经过一定的形核时间将在其一端形成一个反向磁畴.磁畴壁的类型为横向畴壁,该畴壁将在一外加恒定磁场的驱动下匀速地从一端运动到另一端.畴壁的运动速度与外加磁场大小呈线性关系.在H为1000kA/m时,发现在纳米线的两端均会形成一个"头对头"的反向磁畴.计算结果表明,畴壁内磁矩的方向旋转一个周期所导致的畴壁运动的距离相同,与外加磁场强度无关.

W(110)基底上的铁纳米岛初始自发磁化态的微磁学模拟

用微磁学模拟研究W(110)基底上铁纳米岛的初始自发磁化态的磁畴结构,确定了不规则形状、椭圆形和矩形岛中不同磁畴态之间的各向异性常数的临界点,得到了纳米岛的磁化态作为各向异性常数和厚度函数的完整相图,相图中存在一较宽的过渡区,把双畴态与涡旋态和菱形态分开,过渡区两侧的边界是不确定的.计算结果表明,初始自发磁化态的磁畴结构主要由各向异性及岛的厚度决定,而且岛的边沿形状对涡旋态和菱形态的磁畴结构有重要影响.准确的铁纳米岛的各向异性常数仍有待于进一步确定.

晶界相和主相微观结构对多主相(Nd,Ce)-Fe-B磁体磁性能的影响

采用微磁学方法研究了多主相(Nd,Ce)-Fe-B磁体的晶界相结构、主相晶粒尺度、主相成分等因素对磁体磁性能的影响。研究结果表明:晶界相为非磁性时,沿晶界分布的晶界相厚度越大,对磁体的矫顽力H_(cj)改善越有利;随着晶界相磁性的提高,磁体矫顽力H_(cj)明显降低。同时,主相晶粒细化也有助于改善磁体矫顽力H_(cj),随着晶粒尺度减小,磁体的矫顽力H_(cj)逐渐增大;经Pr、Dy扩散后在主相晶粒表面形成的((Nd,Ce)_(1-x)RE_(x))_(2)Fe_(14)B(RE=Pr/Dy)硬磁壳层,使形核场提高,矫顽力H_(cj)得到显著改善。