铁磁纳米结构中磁畴演化的相场模拟

摘要

基于随时间变化的Ginzburg-Landau(TDGL)方程，建立了模拟铁磁材料纳米结构的磁畴及材料磁-力耦合效应的相场模型。从弱解形式出发，推导出了相关控制方程的有限元格式，然后编制程序进行数值求解。不同于一般相场模拟中都要采用周期性的边界条件，本文建立的相场模型不需要应用此条件，因此计算时可以模拟三维有限尺寸的铁磁纳米结构。又由于有限元对复杂边界有良好的适用性，所以该模型可用于不同形状铁磁纳米结构的磁畴结构模拟。通过相场模拟，发现铁磁纳米结构中的磁化会形成涡旋结构，与实验观察到的涡旋磁化结构符合较好。由非均匀磁化引起的结构的变形、应力等力学参量都可以通过模拟一并得到。在外磁场、应力、应变等作用下，磁化结构的演化过程得到了清晰的呈现。本文结果表明，改变结构形状可以有效地控制磁畴结构的形态，适当的外应力和应变可以改变磁畴结构及其对外磁性的大小，磁化弛豫过程可以通过调整结构尺寸、磁畴数目和大小、外载荷情况等加以控制。

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致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 铁磁材料背景

1．2 相场模拟现状

1．3 课题研究内容和意义

第2章 铁磁材料相场模型

2．1 铁磁材料自由能

2．2 控制方程的有限元格式

2．3 牛顿迭代法

2．4 本章小结

第3章 不同形状结构中磁化状态的模拟

3．1 结构形状对磁化结构的影响

3．2 磁化结构决定的能量分布

3．3 磁致伸缩引起的变形和内应力

3．4 本章小结

第4章 外磁场作用下磁化结构的演化过程

4．1 双涡旋磁化结构的演化过程

4．2 三涡旋磁化结构和单涡旋磁化结构的演化过程

4．3 磁化翻转过程

4．4 本章小结

第5章 应力和应变对磁化结构的影响

5．1 双轴应变对磁化结构的影响

5．2 应力对磁化结构的影响

5．3 应变对磁化弛豫过程的影响

5．4 本章小结

第6章 结论和展望

参考文献

作者简历