纳米复合材料Nd2Fe14B/α-Fe磁性双层膜磁性能的研究

摘要

永磁材料目前在人们的生活中已经起着非常重要的作用，对永磁材料的应用也几乎遍及到人类生活的方方面面。随着永磁材料的发展，其应用范围还有进一步扩大的趋势。交换弹簧体则为在纳米尺度范围由硬磁材料和软磁材料在纳米尺度范围内复合而成的复合磁性材料。这类新型材料，由于结合了软磁相的高剩磁及硬磁相的高矫顽力，从而具有较高的磁能积。同时，这种材料呈现出磁电阻、垂直交换耦合等诸多效应，从而引起了国内外广泛的研究。本文分别运用了传统的一维模拟计算方法和三维模拟工具OOMMF模拟计算了Nd2Fe14B/a-Fe双层膜的磁滞回线，并基于微磁学理论系统的分析了双层膜体系的剩磁、矫顽力、最大磁能积随着软磁厚度变化而变化的情况以及各种外场下的磁矩的角度分布情况。主要研究如下:
　　1.以e轴和外场都平行膜面的Nd2Fe14B/a-Fe双层膜为例，分别运用三维模拟和一维计算的方法研究了随着磁厚度的增加，磁化反转过程中成核场和矫顽力的变化情况。对两种方法的结果对比分析发现，临界场都是随着软磁厚度的增加而单调减小;剩磁随着软磁厚度的增加而增加;而磁能积却是先增加再减小，在软磁厚度为5 nm时达到最大。另外两种方法所得到的结果也有一定的差异。在平行取向时，我们发现用三维计算的临界场总是比一维计算的结果要小，而最大磁能积也相差较多。
　　2.以e轴和外场都垂直膜面的Nd2Fe14B/a-Fe双层膜为例，研究了随着软磁厚度的增加，成核场和矫顽力的变化。通过对一维和三维的计算结果分析，我们发现临界场的变化情况和平行取向时较为类似，都是随着软磁厚度的增加而单调减小，并且在软磁厚度较小时临界场变化比较快。当软磁层厚度达到一定厚度时，临界场趋于一个定值。而最大磁能积则是随着厚度的增加先增加后减小，并且在软磁厚度为临界厚度1 nm时达到最大值。然而进一步分析发现，在垂直取向的情况下，运用一维计算方法计算的结果的矫顽力比三维结果要大，而成核场却比三维结果要小。
　　3.通过对反转过程磁矩分布的研究，我们发现磁矩首先从薄膜边沿开始偏转，随着外场的减小，反转随后从材料边沿扩展到整个双层膜体系，这被我们称为边角效应。另外在垂直双层膜的磁化反转中，我们发现反转过程存在一个磁涡旋态形成和湮灭的过程，而不是在一维中的准一致转动。

目录

声明

摘要

第一章 绪言

1．1 磁性材料的分类和发展

1．2 纳米复合永磁材料

1．3 本论文的内容和意义

第二章 微磁学的基本理论与方法

2．1 微磁学的发展及现状

2．2 磁场中的能量以及临界场

2．2．1 布朗方程

2．2．2 能量

2．3．矫顽力机制

2．3．1 Stoner-Wohlfarth(SW)模型

2．3．2 磁畴壁移动模型

第三章 关于OOMMF计算工具

3．1 OOMMF的微磁学原理

3．2 OOMMF的使用

3．2．1 模型定义

3．2．2 磁矩图像的提取

3．2．3 磁滞回线的提取

第四章 平行取向下的磁性双层膜的磁化反转的研究

4．1 引言

4．2 计算模型

4．3 计算结果及讨论

4．3．1 磁滞回线及对比

4．3．2 磁矩偏转

4．3．3 角度分布

4．3．4 钉扎场与成核场随硬磁相厚度的变化

4．3．5 磁能积及对比

4．4 结论

第五章 垂直取向下的磁性双层膜的磁化反转的研究

5．1 引言

5．2 计算模型

5．3 计算结果及讨论

5．3．1 磁滞回线及对比

5．3．2 磁矩偏转

5．3．3 角度分布及对比

5．3．4 临界场随软磁层厚度的变化

5．3．5 磁能积、剩磁随软磁磁层厚度的变化

5．4 结论

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

在校期间科研成果