金属钴及坡莫合金纳米环的微磁学特性研究

摘要

由于磁性纳米环具有热稳定性好，没有高能的涡旋核，几乎没有杂散场且可以形成稳定的涡旋结构等特点，在高密度磁记录器件及微波传感器件等领域都有潜在的应用价值。因而深刻理解其磁化反转机制及高频特性成了近来研究的热点。而微磁学模拟是研究磁性物质磁化反转过程和高频动态响应的有力工具，因此在本论文中用微磁学模拟软件OOMMF(3D)研究了磁性纳米环的静态及动态磁学特性。具体内容如下：　　 对内半径50 nm，外半径100 nm，不同厚度的FCC结构金属Co纳米环，主要研究了在不同方向加外场时，体系的磁化反转过程及对应的反转模式。发现形状各向异性强烈的影响着磁体的反转机制，并且外场的方向也影响着磁滞回线的形状及磁矩分布。在环的面内加场时，厚度为10 nm的纳米环有较大的矫顽力与剩磁比，剩磁态为onion态且反转过程为两步反转：onion-vortex-onion。随着厚度的增大，纳米环的矫顽力与剩磁减小至0，反转过程为伴随着畴壁移动的两步反转，零场时形成vortex态。对于零场时形成vortex结构的纳米环，vortex态的成核场随着厚度的增大而增大。在厚度方向加场时，厚度为20 nm的磁体的反转过程为一致反转且剩磁态为vortex态。当厚度从200 nm增大到400 nm时，随着形状各向异性的增大，矫顽力与饱和场逐渐增大。反转过程较复杂，伴随着四个涡旋核的形成与移动。　　 对内半径为9 nm，外半径15 nm的环状坡莫体系，研究了不同厚度对应的剩磁态及高频磁特性。当环的厚度从1 nm增大至36 nm时，体系最稳定的半衔磁化结构分别为水平态、涡旋态、H态和轴向态。分别研究了沿面内和轴向加微波场时体系的共振峰数量、共振模式、共振频率和磁化率虚部与厚度的关系。对于平衡磁化结构为水平态的体系，在环面内加场时只得到一个共振峰，对应于体共振模式；在轴向加场时，得到两个共振峰且低频共振峰的频率与在面内加场时有同样的值，其高频共振峰对应于形状共振模式。对于平衡磁化结构为涡旋态的体系，在不同方向加场时分别只得到一个峰，对应于体共振模式。对于平衡磁化结构为轴向态的体系，在环面内加激发场时只得到一个共振峰，对应于形状共振模式，共振频率的值与变化趋势均符合基泰尔公式的计算结果。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1纳米材料

1.2磁性存储材料

1.3 MRAM

1.4微磁学

1.5磁性纳米环

1.6纳米颗粒的高频特性

1.7本文主要研究内容

参考文献

第二章微磁学的基本原理

2.1微磁学的基本理论

2.2微磁学中的能量表示

2.2.1塞曼能

2.2.2退磁能

2.2.3交换相互作用能

2.2.4各向异性能

2.3有效场

2.4静态方法和动态方法

2.4.1静态方法

2.4.2动态方法

2.5程序简介及流程

2.5.1 OOMMF的微磁学模型

2.5.2程序中退磁能的处理

2.5.3程序流程

参考文献

第三章钴纳米环的静态磁性

3.1沿环面内x方向加场时环状磁体的反转机制

3.1.1厚度为10 nm的环状磁体的反转过程

3.1.2厚度为20 nm的环状磁体的反转过程

3.1.3厚度为200 nm的环状磁体的反转过程

3.2沿环面法向y方向加场时纳米环的反转机制

3.2.1厚度为20 nm的环状磁体的反转机制

3.2.2厚度为200 nm的坏状磁体的反转机制

3.2.3厚度为400 nm的环状磁体的反转机制

3.3小结

参考文献

第四章环状坡莫合金体系的高频特性

4.1高频磁特性的计算原理

4.2环状坡莫体系的能量及退磁因子

4.3平衡磁化结构为水平态的坡莫环的高频磁谱

4.4平衡磁化结构为涡旋态的坡莫环的高频磁谱

4.5平衡磁化结构为轴向态的坡莫环的高频磁谱

4.3小结

参考文献

第五章结论

5.1结论

5.2展望

致谢