离子辐照对材料磁性的调控及其应用

离子辐照技术具有离子束能量密度高、实验条件可精确控制,且不受化学剂量比影响的特点,利用离子束辐照材料,可实现定向掺杂,或精确引入和调控现缺陷位和密度等优势,因此在多个领域,如材料改性、芯片制造、生物医学、能源及化工领域都得到了广泛应用.尤其在磁性材料改性领域,该技术能够通过细致控制离子束的能量、剂量和辐照方向,实现对磁性材料的定制化性能优化.为进一步提升磁性材料的性能并探索新的磁性器件,本文深入地探讨了离子辐照如何精确调制各种磁相互作用,并分析其对自旋霍尔效应和磁结构动力学的影响.首先着重介绍了离子辐照在调控垂直磁各向异性、交换偏置及RKKY相互作用等磁性特征方面的最新研究成果.这些调控手段对于理解和优化磁性材料的微观结构和性质至关重要.接着,本文详细地探讨了离子辐照在调控自旋轨道力矩器件中的重要作用.这些应用展示了离子辐照技术在设计高性能磁性存储和处理器件方面的潜力.最后,还讨论了辐照离子种类、能量、剂量、辐照面积等参数对磁斯格明子成核位置、密度、尺寸、稳定性以及磁斯格明子霍尔效应的调控作用,阐明了离子辐照改变磁斯格明子生成、湮灭、运动规律等方面的内在机理,为制备基于磁斯格明子运动的低功耗存储器件提供新的途径.此外,本文还就离子辐照技术在未来多功能磁性传感器及信息存储磁介质制备方面的可能应用进行了前瞻性分析.离子辐照技术为磁性材料的性能调控和应用扩展提供了新的可能性.随着研究的深入,这项技术有望在未来的材料科学、电子器件以及信息技术等多个领域发挥更大的作用.

磁力耦合下双板簧振动模式研究

简正模式和简正频率是多自由度振动体系的关键属性.体系的简正模式如何受各自由度之间的耦合作用影响,既是基础的力学问题,也和很多工程应用问题直接相关.我们研究一对完全相同的板簧在磁力耦合作用下的振动.研究表明,磁力耦合导致双板簧系统产生一套与耦合强度有关的相向振动模式,以及一套与耦合强度无关的同向振动模式;并且,低阶模式受磁力影响大,而高阶模式几乎不产生耦合.所以,两板簧不同的初始条件会导致两板簧振动频谱不同.我们也开展了实验研究,观察到的板簧振动现象及简正频率随板簧间距、厚度、长度等关键参量的变化规律均符合理论模型.

磁力系统中磁振子频梳的产生与调控

磁振子频梳包含一系列离散的、等间距的频率成分,在高精密频率测量方面有重要的应用。本文研究了磁力系统中磁振子频梳的产生和调控,利用龙格-库塔法数值求解系统的海森堡-朗之万方程得到系统的动力学演化,然后做快速傅里叶变换,得到磁振子的频谱图。研究发现在较强的驱动下,磁致伸缩效应诱导的磁力非线性会导致频谱图中出现二阶、三阶甚至更高阶边带的频率成分。微波驱动强度增大时,高阶边带频谱的阶数会增多,同时各阶边带振幅会变大,平台区也会随着驱动的增加而变宽。研究结果有助于理解非线性磁振子动力学,并且提供了一个实现微波频率精密测量的方案。

浅析磁偶极子模型在物理竞赛中的应用

对磁偶极子模型的性质作了较为全面的总结,并通过典型例题的展示,具体说明磁偶极子是如何被考察和应用的.

磁性材料中的晶粒相互作用

磁性材料中的晶粒相互作用对材料的宏观磁性有决定性影响。相互作用可分为晶粒之间的长程静磁相互作用和近邻晶粒之间的交换耦合相互作用。晶粒相互作用强弱取决于材料的微结构（晶粒形状、尺寸、取向及界面耦合程度）。可以从理论模型计算和实验曲线分析两种方法研究、比较两种晶粒相互作用。最后介绍了纳米软磁材料和纳米双相永磁材料中的交换相互作用对材料性能的影响。

硬磁畴稳定性与垂直布洛赫线间静磁相互作用的关系

研究石榴石磁泡膜在直流偏磁场作用下布洛赫线间的静磁作用对硬磁畴稳定性的影响．一方面实验研究了圆形硬磁畴的缩灭行为和条泡转变行为以及两种行为间的关系；另一方面通过引入相邻布洛赫线间的静磁作用能，改进了圆柱形硬磁畴的畴壁能公式，从而使一些多年来一直不能解释的硬磁畴在直流偏磁场下的行为得到了统一的解释，并在此基础上提出了估算硬磁畴畴壁中垂直布洛赫线数目的方法．最后还应用经该文改进了的畴壁能公式定性地解释了部分硬磁畴种类随温度而变化的现象．

Nd-Fe-B永磁合金的微结构和晶粒相互作用

本文介绍了Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ相的晶格结构及内禀磁性，概述了Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ永磁体的微结构和晶粒相互作用。磁体微结构包括晶粒尺寸、取向和结构缺陷。晶粒相互作用可区分为长程静磁相互作用及近邻晶粒的交换耦合相互作用。我们分析了微结构和相互作用的关系及其对磁体性能的影响，最后介绍了具有发展前景的纳米交换耦合双相复合永磁材料。

Fe/SiO_2纳米颗粒的相互作用和磁滞行为

文章研究了用机械合金(MA)法制备的Fe/SiO2纳米颗粒系统,应用退磁曲线分析方法,由直流退磁剩磁曲线(DCD)和等温剩余磁化曲线(IRM)得到的ΔM图和转变场分布(SFD)显示增加Fe含量将导致更高偶极场和大偶极耦合区域。在不考虑Fe含量的影响或在逾渗以下时,转换机制是基于个别颗粒翻转而激发的雪崩现象。

载流导体磁相互作用的实验演示

"载流导体间的磁相互作用"是一种有关电磁学的物理现象,高中物理要作定性讨论,大学物理要作定量分析.如图1,图2所示,根据安培定则和左手定则可得:互相平行的两根载流导体,电流同向时相互吸引,电流反向时相互排斥.

非晶态合金的磁相互作用和穆斯堡尔谱的研究

研究了晶态过渡金属(TM)合金(简称A类),非晶态(a)Fe-(Co,Ni)-M(类金属)(B类)、a-Fe-(Cr,Mn,r)-M(C类)和富Fe a-Fe-(Co、Cr)-Zr(D类)合金的穆斯堡尔谱及居里温度随含量x的变化关系,穆斯堡尔谱的实验结果表明,非晶态合金的平均超精细场明显小于晶态合金:A和B类合金的超精细场分布是单峰曲线;C和D类合金的超精细场是双峰的曲线.居里温度随Fe含量的变化的最佳拟合结果表明,B类合金中的磁相互作用常数J都是正的,而C类合金中J_(Fe Cr),J_(Fe Mn),J_(Cr Cr),J_(Mn Mn)都是负的.

垂直布洛赫线间静磁相互作用探讨

本文以实验现象为基础 ,利用相邻布洛赫线间的静磁作用能 ,改进圆柱形硬磁畴的畴壁能公式 ,公式中只使用了一个由实验数据拟合而确定的参数 c.由一个典型样品得到的参数 c,用于其它几个样品计算时 ,所得数据都与实验数据符合较好 .从而使一些多年来一直不能解释的硬磁畴在直流偏磁场下的行为得到了统一的解释 ,特别是成功地解释了硬磁畴的一些温度特性 ,并首次提出垂直布洛赫线元模型 。

不规则铁磁纳米线阵列的平均截止温度:静磁相互作用的影响

利用蒙特卡洛方法数值计算了不规则铁磁纳米线阵列的平均截止温度,重点考察了静磁相互作用的影响。纳米线组成三角形点阵,纳米线长度满足高斯分布。推导出非均匀纳米线间的静磁相互作用的解析表达式,在此基础上得到截止温度满足的解析方程。结果表明,纳米线长度分布宽度越大,系统的截止温度越小,即系统越不稳定。另外纳米线间的长程静磁相互作用也有利于系统的稳定。数值试验证明我们决定截止温度的方法简单精确,对纳米线长度涨落敏感,利用这种方法对系统稳定性的分析结果与前人相符。

钴基非晶丝间磁偶极相互作用的微磁学研究

采用微磁学模拟软件OOMMF研究了具有纵向磁结构的钴基非晶丝间的磁偶极相互作用。结果显示,对于平行排列的N根非晶丝阵列(1≤N≤4),随着非晶丝数量的增加,阵列的磁滞回线呈现N个台阶与N–1个平台,并且非晶丝阵列发生第一次磁反转所对应的外磁场逐渐向低场移动,发生最后一次磁反转所对应的外磁场逐渐向高场移动。着重分析双丝系统发现,随着丝长度或者丝间距的增大,磁滞回线的平台宽度逐渐减小。以上现象归因于非晶丝在退磁过程中受到了周围丝偶极场的作用。

磁流体结构的Lattice-Boltzmann方法模拟

本文运用Lattice-Boltzmann(LB)方法建立了宏观静止磁流体模型,提出磁性聚集体概念,充分考虑了磁性颗粒受到的各种内力与外力包括重力、布朗力、vanderWaals相互作用及静磁相互作用,对无外加磁场及外加竖直均匀磁场时磁流体的结构进行了模拟,并分析了磁能与热能之比对磁流体系统中粒子分布形态的影响。模拟结果表明:无外加磁场时磁流体结构易失去稳定性,外加均匀磁场时磁流体粒子沿外磁场方向排列,随着磁热能比例的增大,外磁场对粒子分布的影响逐渐明显。

Co-Ag/Ag多层膜的巨磁电阻效应

用离子束溅射法制备了６个系列的ＣｏｘＡｇ１００－ｘ／Ａｇ颗粒多层膜，对其巨磁电阻随成分及Ａｇ层和Ｃｏ—Ａｇ层厚度的变化规律进行了研究．当Ａｇ层厚度改变时，ＧＭＲ有一峰值，且随着Ｃｏ含量增加，峰值向层厚增加的方向位移，当Ｃｏ—Ａｇ层厚度改变时，Ｃｏ含量较高的样品的磁电阻在ｄｍ＝２．０ｎｍ附近有一个极大值，而Ｃｏ含量较低的样品在ｄｍ６．０ｎｍ范围是单调上升的．用磁层间静磁相互作用的反铁磁耦合模型对上述现象加以解释．还研究了Ｃｏ４５Ａｇ５５／Ａｇ多层膜样品的退火效应．

脉冲磁场作用下超导圆柱应力分析

高温超导体在脉冲磁化过程中会受到热应力和电磁应力的共同作用。本文基于超导电磁基本方程和热传导方程,分析了上升时间为1s的一种指数脉冲磁场作用下超导圆柱脉冲磁化过程中的应力状态。结果表明:热应力主导了脉冲磁化的应力状态,由于热应力的作用,总径向正应力几乎总为拉应力;无论外磁场的上升和下降阶段,总环向正应力在超导体中呈现三个区域,在中心和边界区域为正,在这两个区域之间为负,且在外磁场的上升阶段,总环向应力在中心区有一个均匀分布区;径向和环向正应力的最大值均出现在外磁场的下降阶段。

磁弹性耦合效应引起的铁磁直杆磁场中振动频率的改变

基于磁弹性广义变分原理和Hamilton原理,对处于外加磁场中的软铁磁体,建立了磁弹性动力学理论模型.分别通过关于铁磁杆磁标势和弹性位移的变分运算,获得了包含磁场和弹性变形的所有基本方程,并给出描述磁弹性耦合作用的磁体力和磁面力.采用摄动技术和Galerkin方法,将所建立的磁弹性理论模型用于外加磁场中铁磁直杆的振动分析.结果表明,由于磁弹性耦合效应,外加磁场将对铁磁杆的振动频率产生影响:当铁磁杆的振动位移沿着磁场方向时,其频率减小并出现磁弹性屈曲失稳;当铁磁杆的振动位移垂直于磁场方向时,其频率将会增大.理论模型能够很好地解释已有实验观测的振动频率改变现象.

磁场对NiMnGa单晶预相变温度的影响

利用应变测量研究了外加恒定磁场对NiMnGa单晶预相变温度的影响,发现外加磁场使预相变温度向低温方向漂移,而且预相变温度漂移的程度与外加磁场的方向有关.依据前人的模型和我们的电子显微镜观察,目前的结果证实预相变过程中存在较强的磁弹相互作用;当外加磁场分别沿晶体的[001]和[010]两个等价的晶轴方向时,在[010]方向上导致的磁弹相互作用更强.

交变磁场作用下高温超导体温度变化研究

高温超导体在交变的磁场作用下,由于磁通的运动引起能量损耗,损耗的能量一部分通过超导体表面传递到冷却剂中,另一部分将使得超导体的温度升高。文中用数值的方法研究了外加磁场速度在0.0005T/s—5T/s变化情况下超导体的温度变化;当外磁场的速度由小到大变化时,超导板的状态会发生从稳定→不稳定(磁通跳跃)→稳定的变化;慢变磁场作用下超导体的温度在接近冷却剂温度的温区作微幅的周期性变化,当外加磁场速度比较大时,超导体发生磁通跳跃,温度也呈跳跃性变化,进一步加大外磁场速度,磁通和温度呈准周期的振荡型变化,而且振荡幅值随外磁场速度的增加逐渐减小,最后振荡消失,超导体在更高的温区稳定运行,温度呈周期性变化。