基于微磁有限元的垂直磁化膜磁化过程研究

摘要

垂直磁化膜在用作高密度存储介质时，它具有两个很突出的优点：垂直磁化膜的退磁场随着记录密度的提高而减小；可以通过增加膜厚来克服颗粒尺寸减小带来的热不稳定性问题。这些优点使它在高密度存储介质中的应用越来越广泛，并逐渐占有很重要的地位。目前虽然已有垂直存储产品面市，但是其记录密度仍与理论上预测的记录密度相距甚远。如何使产品的记录密度进一步向理论极限值靠近，记录介质—垂直磁化膜的制备成了很重要的一个环节。微磁有限元模拟计算方法为垂直磁化膜的制备和优化提供了一种重要的研究途径，可以观察到通常实验无法观测的细节。通过灵活地改变垂直磁化膜微观几何参数、材料参数和仿真环境，可以研究微观几何结构或材料参数对垂直磁化膜磁化过程的影响，最终指导垂直磁化膜的制备，提高研究效率。
　　 本文中，垂直磁化膜磁化过程的模拟分为三部分。第一部分：建立了符合垂直磁化膜实体特点的模拟计算模型，研究了符合垂直磁化膜特点的颗粒模型以及Voronoi模型的两种算法。考虑到软件实现条件的限制，最终以很理想的Voronoi六棱柱模型作为垂直磁化膜几何模型，根据不同的微观结构建立了连续型和隔离型两种模型。结合这两种几何模型特点，采用灵活性较好的有限元单元四面体进行三维划分。第二部分：主要研究了模拟磁化过程的微磁有限元方法。采用两种方法进行有限元计算：Laudau自由能最小化方法和动态Laudau-Lifshitz方程时间积分法。在求解能量最小化以及对动态Laudau-Lifshitz方程进行时间积分时，针对第一部分划分的有限单元网格采用有限元方法进行数值求解。第三部分：建立了并行微磁有限元仿真计算平台Magpar，采用该平台对第一部分中的两种不同垂直磁化膜模型进行了模拟研究与分析。通过模拟发现：在这两种模型中，当六棱柱的颗粒表面直径与柱面高度之比δ变小时，成核场Hn均有向x轴负向移动的现象；同时，颗粒直径小的模型在磁化翻转时容易形成较大的翻转簇，且分布较规则。通过对两种模型磁滞回线的比较，隔离型模型的矫顽力和剩磁较连续型具有显著的提高。