小颗粒体系的磁化翻转和磁输运

摘要

铁磁颗粒磁矩的动态翻转特性是开发研制磁性传感器,磁性存储器以及磁性探测器件的重要课题。磁性存储及探测器件的制造工艺已相当成熟,这使得其在日常生活中的应用变得相当普遍。如今,计算机中央处理器的处理能力和速度不断提高,对存储器高速存取的要求也日益突现出来。因此,如何减小磁性存储单元的翻转场和如何加快颗粒磁化强度的反转时间成为研究者们共同关注的问题。另外由纳米铁磁颗粒构成的复合介质会具有特殊的巨磁电阻性质。巨磁电阻的发现使得存储介质的密度得到了极大的提高。对于超高密度规则排列的纳米磁颗粒复合介质,点阵体系中颗粒间的偶极相互作用对体系的自旋输运有着重要的影响。因为巨磁电阻与近邻颗粒磁矩的相对取向密切相关。研究磁性颗粒高密度排列复合介质中的自旋输运性质对理解磁矩关联系统中的磁电阻效应有很大帮助,同时也为潜在的应用提供理论依据。本论文主要从以下两个方面来研究小颗粒系统的磁学和自旋输运性质。
　　 我们用基于LLG方程的OOMMF(Object Oriented Micromagnetic Framework)软件模拟了单畴纳米磁性颗粒内磁化强度的翻转特性。单畴纳米磁性颗粒为扁平状薄膜小颗粒,其厚度远远小于长宽尺寸。我们以往的研究发现,用双轴磁晶各向异性材料代替传统单轴磁晶各向异性材料可以加快磁化强度的翻转。然而双轴磁晶各向异性材料的磁晶各向异性值依赖于具体的材料特性,无法连续调节其大小。因此,在本文中我们提出利用颗粒平面内形状各向异性来调节体系总的有效各向异性场,使得系统的势能在空间重新分布。当磁化强度在外加脉冲磁场作用下发生翻转进动时,我们发现致使磁化强度发生反转的临界翻转场合发生反转所需的时间与颗粒平面内形状有密切关系。与圆形扁平颗粒相比,适当的椭圆形扁平颗粒能够减小翻转场或加快磁化强度的反转时间。通过改变扁平颗粒的形状,我们可以调控体系总的各向异性场,从而有可能找到能使磁化强度更优翻转最佳的的途径。
　　 我们还研究了纳米磁颗粒小体系中的自旋磁输运现象。在我们研究的体系中纳米磁性颗粒规则地浸在绝缘基质中,构成二维的正方点阵结构。自旋电子在点阵中的输运主要来源于隧穿磁电阻。由于需要考虑多粒子间的偶极相互作用,用LLG方程来描述众多磁性颗粒磁矩在某个时刻的取向相当困难,为此,我们采用Monre-Carlo方法来模拟颗粒磁矩在点阵中的取向。我们发现在一定范围内,温度的升高会降低系统的隧穿磁电阻。在这类材料中,由于颗粒间距变得很小,偶极相互作用成为影响体系各项磁化性质的重要因素。在给定温度时,偶极相互作用的增强会导致系统的隧穿电阻由小变大,并出现类似逾渗相变由低电阻向高电阻的转变。