蜂窝状单层膜磁学性质的Monte Carlo模拟

论文摘要

基于磁性薄膜在实际应用中所具有的重要价值,以及国内外对其研究状况,本文选取了一个蜂窝状（六角构形）的磁性单层膜作为研究对象,应用Monte Carlo方法对其磁学性质进行了模拟研究。根据研究的具体内容,分别采用了Ising模型和横向Ising模型进行理论处理。与传统的Ising模型所不同的是本研究中的Ising模型不仅考虑了最近邻格点之间的对自旋相互作用,还考虑了包括最近邻、次近邻格点在内的4-自旋相互作用。本文依次研究了平面蜂窝状单层膜的自发磁化特性,技术磁化特性和磁化行为的各向异性。研究结果如下：（1）系统的自发磁化性质除了受到热运动和对自旋相互作用的影响,还受4-自旋相互作用的影响。因此,可以按照4-自旋相互作用的相对强度将系统划分为铁磁性、亚铁磁性和反铁磁性。在超低温条件下,4-自旋相互作用对系统的能量和磁化强度及相变温度都有很大影响。模拟结果与相应的严格解在定性上是一致的。这一结论表明,在处理具有多自旋相互作用的磁性相变问题方面,Monte Carlo方法是一种较为有效的方法。（2）对系统施加纵向外磁场后,铁磁性系统和亚铁磁性系统仍然有一级相变发生,相变温度依赖于4-自旋相互作用的大小；反铁磁性系统的相变类型则与外磁场的大小有关。当外磁场较大时,反铁磁性系统发生一级相变,并且有重入行为；当外磁场较小时,反铁磁性系统发生二级相变。当温度较低时,系统的磁化曲线明显地受到4-自旋相互作用的影响。4-自旋相互作用越强,系统达到饱和磁化强度的速度越快。当外磁场较小时,系统的磁熵变受4-自旋相互作用的显著影响。铁磁性系统和亚铁磁性系统的磁熵变始终为负值,它与温度关系曲线呈抛物线形,在临界点处出现负磁熵变的极大值。表明在相变时,系统等温放热有极大值；而反铁磁性系统在低温区,出现了正的磁熵变。说明具有二级相变的系统出现了在低温处加磁吸热的异常现象。这是诸多相互作用在彼此剧烈竞争,使系统产生了阻挫（竞争相互作用）的结果,说明4-自旋相互作用也在其中扮演了重要角色。（3）在平行于传统Ising模型自旋的Z方向（纵向）和垂直于Z方向的X方向（横向）同时有外部磁场作用于系统时,不同方向磁化曲线也依赖于4-自旋相互作用。在Z方向,铁磁性系统比亚铁磁性系统容易达到饱和磁化强度,在X方向正好相反。但是它们在X方向达到饱和磁化强度的速度远远低于Z方向的。因而,可以判定Z方向为易磁化轴方向, X方向为难磁化轴方向。即使是没有自发磁化的反铁磁性系统,X方向与Z方向的磁化曲线也不象各向同性的顺磁系统那样完全相同。说明自旋间的相互作用对磁化行为的各向异性是有影响的。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 选题的背景和意义
• 1.1.1 选题的背景
• 1.1.2 选题的意义
• 1.2 磁性基本理论
• 1.2.1 物质磁性的分类
• 1.2.2 物质磁性与原子磁矩
• 1.2.3 关于磁性本质的学说
• 1.2.4 物质磁性与自旋构形的关系
• 1.2.5 磁性相变
• 1.2.6 关于磁性相变的理论模型
• 1.2.7 研究Ising模型常用的近似方法
• 1.3 国内外相关研究状况
• 1.4 本研究的内容
• 1.5 本研究采用的方法
• 1.5.1 Monte Carlo方法
• 1.5.2 Monte Carlo模拟方法在本文中的应用
• 1.5.3 周期性边界条件
• 第2章 蜂窝状单层膜的自发磁化性质
• 2.1 自发磁性相变
• 2.2 理论分析
• 2.3 模拟结果与讨论
• 2.3.1 4-自旋相互作用对能量的影响
• 2.3.2 4-自旋相互作用对系统自发磁化强度的影响
• 2.3.3 4-自旋相互作用对相变温度的影响
• 2.3.4 4-自旋相互作用对相变类型的影响
• 2.4 本章小结
• 第3章 蜂窝状单层膜的技术磁化性质
• 3.1 外磁场作用下的磁性相变和磁熵变
• 3.1.1 外磁场作用下的磁性相变
• 3.1.2 外磁场诱发的磁熵变
• 3.2 理论分析
• 3.3 模拟结果与讨论
• 3.3.1 外场对磁化强度的影响
• 3.3.2 磁化曲线
• 3.3.3 外场对磁化率的影响
• 3.3.4 外场对能量和比热的影响
• 3.3.5 系统的磁熵变
• 3.4 本章小结
• 第4章 蜂窝状单层膜磁化行为的各向异性
• 4.1 磁化行为的各向异性及其微观机制
• 4.1.1 磁化曲线与磁滞回线
• 4.1.2 磁晶的各向异性能
• 4.1.3 磁晶各向异性的微观机制
• 4.2 薄膜的磁各向异性
• 4.3 理论分析
• 4.4 模拟结果与讨论
• 4.4.1 磁化强度与温度的关系
• 4.4.2 磁化曲线
• 4.5 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 攻读学位期间发表的论著及科研情况