纳米磁体剩磁增强及反转机制的理论研究

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永磁体性能主要取决于最大磁能积(B·H)max、剩磁Mr和矫顽力Hc。过去二十多年,以稀土—过渡族金属为基础的磁性薄膜引起了广泛深入的研究,特别是在纳米稀土磁体中发现的剩磁增强效应受到了广泛关注。由于薄膜间交换耦合相互作用,纳米尺寸下的复合磁体也呈现出明显的剩磁增强。本论文基于一种由赵国平教授提出的混合模型和布朗微磁学模型,从理论上研究纳米磁体剩磁增强及其磁化反转机制,主要研究如下: 1.以Nd2Fe14B为例,研究单相纳米永磁体剩磁增强。在赵等人的解析混合模型基础上,适当改进地解析推导单相纳米永磁体的剩磁,得出单相纳米永磁体剩磁的一个普适公式Mr=Ms/2+cWMs/L,其中Mr、Ms、W、L分别为剩余磁化强度、饱和磁化强度、畴壁宽度和晶粒线度,c是一无量纲常数,通过拟合法得出多种具体纳米永磁材料剩磁,并与其相应的实验结果对比,两者吻合较好,验证了公式的普适性。 2.用微磁学方法研究表面各向异性对剩磁的影响。我们假设:表面各向异性与体各向异性相互垂直时,表面各向异性总使磁化强度垂直于膜面,体各向异性却使磁化强度平行膜面,两者相互竞争。当表面各向异性小于某一临界值时,其不改变膜层的磁化强度分布和剩磁,当表面各向异性与体各向异性比值相对较大时,表面各向异性对表面附近磁化强度方向和剩磁就有重要影响。 3.研究了垂直取向磁性三层膜(Nd2Fe14B/α—Fe)的磁化反转过程。考虑了退磁能量项,将赵等人提出的关于纳米单相永磁体混合模型推广到复合磁体,垂直取向的成核场比平行取向时低,甚至在外磁场还没有反向时就发生了成核,随着软磁相厚度增加,理论矫顽力从等于成核场(同时也等于钉扎场)到等于钉扎场,再到小于钉扎场,矫顽力机制由成核变为钉扎,并探讨了表面各向异性对该三层膜系统成核场的影响。
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