无序纳米颗粒薄膜磁学性质的Monte Carlo模拟

摘要

近年来，磁性纳米颗粒薄膜由于其在高密度磁记录技术中表现出的优越性而成为研究较为活跃的课题之一。本文建立了无序的纳米颗粒薄膜模型，采用蒙特卡罗(MonteCarlo)模拟方法，研究了外磁场分别垂直和平行于薄膜表面时，粒子之间的相互作用以及各向异性角分布对系统磁学性质的影响。本论文所做工作的主要内容和得到的主要结论如下：
　　 1.模拟了当外磁场垂直作用于薄膜表面时，粒子之间的偶极作用(D)、交换作用(J)对系统磁滞行为的影响。结果发现，当温度不变，只考虑颗粒之间的偶极作用时，随着偶极场作用的增加，系统难磁化，磁滞回线沿外场方向被水平拉长，磁滞回线的形状变瘦。系统矫顽力随着偶极作用的增加先减小后增加，系统的剩磁随着偶极作用的增加迅速减小。当只考虑颗粒之间的交换作用时，随着交换作用的增加，系统磁滞回线的面积增大，表现出矩形的磁滞回线，系统的矫顽力和剩磁随着交换作用的增加而增加。
　　 2.模拟了当外磁场平行作用于薄膜表面时，粒子之间的偶极作用、交换作用对系统磁滞行为的影响。结果表明，当温度不变，只考虑颗粒之间的偶极作用时，随着偶极相互作用的增加，矫顽力、剩磁以及磁滞回线的面积逐渐增加，而x方向的饱和磁化强度逐渐减小。当只考虑颗粒之间的交换作用时，随着交换作用的增加，系统的磁滞回线逐渐变窄，矫顽力和剩磁逐渐减小，而x方向的饱和磁化强度逐渐增加。
　　 3.为了更详尽的阐述两种相互作用场的竞争对系统磁化行为的影响，分别作出了外场垂直和平行于薄膜表面时，表征系统矫顽力和剩磁的D-J图，从图中可以方便的观察到系统的矫顽力和剩磁随偶极场和交换场呈现比较复杂的变化关系。
　　 4.研究了外磁场垂直于薄膜表面时，各向异性角分布对系统磁滞行为的影响。结果表明，当只考虑颗粒之间的偶极作用时，偶极相互作用较小时，随着各向异性角分布的增大，z方向饱和磁化强度、矫顽力和剩磁减小，当偶极作用较强时，各向异性角分布对磁滞现象的影响不是很大。当只考虑颗粒之间的交换作用时，随着各向异性角分布逐渐增加，磁滞回线面积逐渐减小，矫顽力和剩磁也逐渐减小。
　　 5.研究了外磁场平行于薄膜表面时，各向异性角分布对系统磁滞行为的影响。当系统无相互作用时，各向异性角分布对系统磁滞现象的影响较为明显。当系统各向异性角分布宽度为零时系统无磁滞现象，随着各向异性角分布的增大，磁滞现象越明显，矫顽力和剩磁逐渐增加。当只考虑偶极作用时，系统的矫顽力和剩磁随各向异性角分布的增加而增大，偶极作用较强时，这种变化的幅度相对较小。当只考虑交换作用时，随着各向异性角分布的增加，磁滞回线面积、矫顽力和剩磁逐渐增大。交换作用越大，增加的幅度越小。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景

1.2 磁记录材料与技术的应用与发展

1.2.1 磁记录介质材料概述

1.2.2 磁记录技术的发展

1.2.3 磁记录技术理论

1.3 FePt薄膜的结构与磁学性质

1.4 国内外研究现状与发展动态

1.5 本文研究的内容

第2章 理论模型与方法

2.1 理论模型

2.1.1 产生随机颗粒直径的方法及验证

2.1.2 薄膜中粒子的随机排列的方法

2.2 系统哈密顿量及其能量分析

2.2.1 系统哈密顿量

2.2.2 周期性边界条件下偶极相互作用能的求和

2.3 Monte Carlo方法

2.3.1 统计力学中的Monte Garlo方法

2.3.2 本文使用的Metropolis算法

第3章 相互作用对系统磁化行为的影响

3.1 外磁场垂直作用下系统的磁化行为

3.1.1 系统在偶极场与磁各向异性场作用下的磁化行为

3.1.2 系统在交换场与磁各向异性场作用下的磁化行为

3.1.3 系统在交换场、偶极场与磁各向异性场作用下的磁化行为

3.2 外磁场水平作用下系统的磁化行为

3.2.1 系统在偶极场与磁各向异性场作用下的磁化行为

3.2.2 系统在交换场与磁各向异性场作用下的磁化行为

3.2.3 系统在交换场、偶极场与磁各向异性场作用下的磁化行为

第4章 各向异性角分布对系统磁化行为的影响

4.1 外磁场垂直作用下各向异性角分布对系统磁化行为的影响

4.1.1 偶极场与磁各向异性场共同作用下系统的磁化行为

4.1.2 交换场与磁各向异性场共同作用下系统的磁化行为

4.2 外磁场水平作用下各向异性角分布对系统磁化行为的影响

4.2.1 偶极场与磁各向异性场共同作用下系统的磁化行为

4.2.2 交换场与磁各向异性场共同作用下系统的磁化行为

第5章 结论

参考文献

致谢

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