表面各向异性和形状对纳米颗粒磁性质影响的研究

摘要

纳米磁性材料是20世纪80年代随着纳米材料的出现开始发展的一种新型磁性材料。当今，纳米磁性材料在信息技术领域已日益显示其重要性，尤其在信息存储中已成为不可或缺的组成部分。本文采用改进的Monte Carlo模拟方法，研究了卵状铁磁纳米颗粒和反铁磁纳米颗粒的热力学性质和磁化行为。所作主要工作和得到的主要结论如下：
　　 1、模拟了卵状铁磁纳米颗粒系统，研究了体内和表面自旋间的交换作用、表面自旋磁各向异性和表面自旋交换作用对系统热力学量的影响。结果发现，当体内和表面自旋的交换作用增加时，系统的转变温度不变，但磁化率和比热的最大值增加了。当表面自旋的磁各向异性和表面自旋的交换作用增加时，系统磁化率的最大值减小了，而比热的最大值却增大了。
　　 2、模拟了卵状反铁磁纳米颗粒系统，研究了体内和表面自旋间的交换作用、表面自旋磁各向异性和表面自旋交换作用对系统热力学量的影响。结果发现，当体内和表面自旋间的交换作用、表面自旋磁各向异性和表面自旋交换作用增加时，系统的磁化率的最大值都减小，而比热最大值增加。
　　 3、模拟了卵状铁磁纳米颗粒系统，当磁场沿对称轴时，研究了体内和表面自旋间的交换作用、表面自旋磁各向异性和表面自旋交换作用对系统磁滞回线、交换偏置和矫顽力的影响。结果发现，随着表面自旋磁各向异性常数的增加，系统的磁滞回线逐渐变窄，交换偏置先逐渐变大，最后不再变化，矫顽力先逐渐减小，最后不再变化。随着体内与表面自旋间的交换作用的增加，系统的磁滞回线逐渐变窄，交换偏置逐渐增加，矫顽力则逐渐减小。磁场沿非对称轴时，随着表面自旋磁各向异性常数的增大，系统的磁滞回线逐渐变窄，交换偏置先增大后减小最后不变，矫顽力是先减小然后不变。随着体内和表面自旋间交换作用的增加，系统的磁滞回线逐渐变宽，矫顽力逐渐变大。
　　 4、模拟了卵状反铁磁纳米颗粒系统，结果发现，当磁场沿对称轴时，随着体内和表面自旋的交换作用、表面自旋磁各向异性和表面自旋交换作用的增加，系统的磁滞回线的变化很小，只是最上端逐渐变低。当磁场沿非对称轴时，随着表面自旋的磁各向异性常数的增加，磁滞回线逐渐变长，随着表面自旋交换作用和体内与表面自旋交换作用的增加，系统的磁滞回线逐渐向下移。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 纳米磁性材料的特性

1.2 纳米磁性材料的发展概况及应用

1.2.1 纳米磁记录材料

1.2.2 纳米微晶软磁材料

1.2.3 纳米微晶稀土永磁材料

1.2.4 纳米巨磁电阻材料

1.2.5 新型磁性液体

1.2.6 纳米磁致冷材料

1.3 关于纳米颗粒性质的研究现状

1.4 本文研究的内容

第2章 理论模型及方法

2.1 介绍

2.2 模型

2.3 各个物理量的来源以及意义

2.3.1 交换能

2.3.2 磁各向异性能

2.3.3 塞曼能

2.4 Monte Carlo方法

2.4.1 统计力学中的Monte Carlo方法

2.4.2 Monte Carlo方法中的随机数

2.4.3 改进的Metropolis算法

2.5 热力学性质的公式推导

本章小结

第3章 热力学性质

3.1 卵状铁磁纳米颗粒的热力学性质

3.1.1 Jl对卵状铁磁纳米颗粒热力学量的影响

3.1.2 Js对卵状铁磁纳米颗粒热力学量的影响

3.1.3 Ks对卵状铁磁纳米颗粒热力学量的影响

3.2 卵状反铁磁纳米颗粒的热力学性质

3.2.1 Jl对卵状反铁磁纳米颗粒热力学量的影响

3.2.2 Js对卵状反铁磁纳米颗粒热力学量的影响

3.2.3 Ks对卵状反铁磁纳米颗粒热力学量的影响

本章小结

第4章 卵状铁磁纳米颗粒磁化行为研究

4.1 卵状铁磁纳米颗粒和椭球状铁磁纳米颗粒磁化行为比较

4.2 磁场沿对称轴时卵状铁磁纳米颗粒磁化行为研究

4.2.1 Ks对卵状铁磁纳米颗粒磁化行为的影响

4.2.2 Js对卵状铁磁纳米颗粒磁化行为的影响

4.2.3 Jl对卵状铁磁纳米颗粒磁化行为的影响

4.3 磁场沿非对称轴时卵状铁磁纳米颗粒磁化行为研究

4.3.1 Ks对卵状铁磁纳米颗粒磁化行为的影响

4.3.2 Js对卵状铁磁纳米颗粒磁化行为的影响

4.3.3 Jl对卵状铁磁纳米颗粒磁化行为的影响

本章小结

第5章 卵状反铁磁纳米颗粒磁化行为研究

5.1 磁场沿对称轴时卵状反铁磁纳米颗粒的磁化行为

S.1.1 Ks对卵状反铁磁纳米颗粒磁化行为的影响

5.1.2 Js对卵状反铁磁纳米颗粒磁化行为的影响

5.1.3 Jl对卵状反铁磁纳米颗粒磁化行为的影响

5.2 磁场沿非对称轴时卵状反铁磁纳米颗粒的磁化行为

S.2.1 Ks对卵状反铁磁纳米颗粒磁化行为的影响

5.2.2 Js对卵状反铁磁纳米颗粒磁化行为的影响√

S.2.3 Jl对卵状反铁磁纳米颗粒磁化行为的影响

本章小结

第6章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文