双层膜系统的热力学性质及磁化过程的研究

摘要

近年来，由于磁性薄膜在超高密度磁记录介质、磁光记录介质、薄膜磁头以及传感器等方面的广泛应用，使其在基础和应用研究中受到了广泛地关注。受近期实验的启发，本论文使用经典的Heisenberg模型并采用Monte Carlo方法模拟研究了硬磁/软磁双层膜系统的热力学性质，并用微磁学的方法研究了硬磁/软磁双层膜系统的磁化过程。
　　利用Monte Carlo方法研究了硬磁/软磁之间的层间交换耦合作用，硬磁层的磁晶各向异性以及外场对硬磁/软磁双层膜系统的热力学性质的影响。计算结果表明，硬磁/软磁之间的层间交换耦合作用、硬磁磁晶各向异性增加时，双层膜系统的转变温度受硬磁层的影响而向高温方向移动，系统的磁化率和磁比热的峰值均相应移动;在外磁场的作用下，系统的磁化强度随着磁场的增大而增强，磁化率受到磁场的抑制，而磁比热表现为在低温处受到抑制，高温处被增强的复杂行为。
　　用微磁学的方法尝试研究了硬磁/软磁之间的层间交换耦合作用、外场取向对硬磁/软磁双层膜系统的磁化过程的影响。计算结果表明，当硬磁/软磁之间的层间交换耦合作用增加时，系统的磁滞回线变窄，矫顽力逐渐增加然后趋于定值;随外场与硬磁层易轴方向间的夹角的增大，矫顽力减小;考虑到温度会引起薄膜内自旋方向的随机涨落，通过调节自旋的初始状态的方法，利用微磁学方法尝试模拟了温度对硬磁/软磁双层膜系统磁滞回线的影响，与Monte Carlo方法比较，模拟得出的结果基本吻合。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 物质磁性及纳米磁性材料

1．1．1 物质磁性的发展及分类

1．1．2 纳米科技及纳米磁性材料

1．2 磁记录概述

1．2．1 磁记录的发展历程

典型的磁记录模式

1．3 磁性双层膜系统

1．3．1 交换弹簧磁性双层膜及其研究现状

1．3．2 交换偏置磁性双层膜及其研究现状

1．4 本论文的研究内容

第2章 理论模型与方法

2．1 理论模型

2．1．1 海森堡模型

2．1．2 双层膜体系的哈密顿量

2．2 Monte Carlo方法

2．2．1 统计力学中的Monte Carlo方法

2．2．2 Monte Carlo方法中的各热力学量的表达式

2．2．3 周期性边界条件

2．3 微磁学方法

2．3．1 LLG方程

2．3．2 纳米颗粒薄膜内的等效场

2．3．3 自旋体系的LLG方程

2．3．4 求解LLG方程的Runge-Kutta方法

2．4 本章小结

第3章 硬磁／软磁双层膜系统的热力学性质

3．1 界面耦合作用Jint对热力学量的影响

3．1．1 界面耦合作用Jint对磁化强度和磁化率的影响

3．1．2 界面耦合作用Jint对内能和磁比热的影响

3．2 硬磁层磁晶各向异性KUh对热力学量的影响

3．2．1 硬磁层磁晶各向异性KUh对磁化强度和磁化率的影响

3．2．2 硬磁层磁晶各向异性KUh对内能和磁比热的影响

3．3 外场对热力学量的影响

3．3．1 外场对磁化强度和磁化率的影响

3．3．2 外场对内能和磁比热的影响

3．4 本章小结

第4章 硬磁／软磁双层膜系统的磁化过程

4．1 界面耦合作用Jint对磁滞回线和矫顽力Hc的影响

4．1．1 界面耦合作用Jint对磁滞回线的影响

4．1．2 界面耦合作用Jint对矫顽力Hc的影响

4．2 外场取向对硬磁／软磁双层膜系统磁化过程的影响

4．2．1 外场取向对交换耦合硬磁／软磁双层膜系统磁滞回线的影响

4．2．2 外场取向对交换耦合硬磁／软磁双层膜系统矫顽力的影响

4．3 微磁学LLG方程模拟温度对双层膜系统磁化过程的影响

4．4 本章小结

第5章 结论

参考文献

致谢