磁性双层膜的格林函数理论研究

论文摘要

磁性双层膜由于其特殊的性质成为凝聚态物理研究的热门课题之一,并且得到了广泛的应用。磁性双层膜由两层磁有序单层膜组成,两单层之间通过磁性作用相互耦合在一起。由于存在各向异性,一般情况下各单层处于磁有序状态,然而层间的耦合作用则多种多样。这种磁性材料是制造自旋阀装置的基本元件,同时也是磁性超晶格的重要组成部分。本文建立了描述双层膜的理论模型,并利用双时格林函数方法研究了铁磁/铁磁耦合双层膜和铁磁/反铁磁耦合双层膜的磁化行为。1.铁磁/铁磁耦合双层膜的磁化行为采用Devlin的方法严格处理了各向异性项,用RPA近似方法处理自旋之间的交换作用。推导出了系统磁化强度的计算公式,并计算了软磁层内交换作用、层间交换作用、单离子各向异性作用和外磁场对系统磁化行为的影响。研究结果表明反铁磁层间交换作用将比铁磁层间交换作用引起更强的量子涨落。其中一层具有晶体场单离子各向异性,那么通过层间交换作用整个系统的铁磁相都会得到稳固。软磁层的交换作用和外磁场都会对系统的铁磁相起到稳固作用。通过与Anderson-Callen退耦方法的对比,发现采用Devlin严格退耦方法来处理单离子各向异性项可以更加精确的描述系统的磁化行为。另外,计算结果还表明各单层的转变温度相同,也就是说系统只有统一的转变温度TC,这与Spirin的计算结果明显不同。2.铁磁/反铁磁耦合双层膜的磁化行为采用Anderson和Callen的方法处理了各向异性项,用RPA近似方法处理交换作用项,给出了系统磁化强度的计算公式,并研究了层间交换作用、反铁磁层单离子各向异性作用和外磁场对系统磁化行为的影响。计算结果表明,较强的层间反铁磁交换作用会引起更强的自旋量子涨落。而且,当层间交换作用较大时,磁化曲线并不随温度的升高单调下降,而是在温度较低的区域有一个小幅反向升高。反铁磁层交换作用,反铁磁层单离子各向异性作用和外磁场都会对系统的自旋排列起到稳固作用,但是较弱的外磁场对于反铁磁层的影响并不明显。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 物质磁性的起源和分类
• 1.1.1 物质磁性的起源
• 1.1.2 磁性物质分类
• 1.2 磁体中存在的主要相互作用
• 1.2.1 物质的磁晶各向异性
• 1.2.2 交换作用
• 1.3 海森堡模型和双时格林函数方法
• 1.3.1 海森堡模型（Heisenberg model）
• 1.3.2 双时格林函数方法
• 1.4 选题背景及研究内容
• 1.4.1 选题背景
• 1.4.2 本文研究内容
• 第2章 理论模型及公式推导
• 2.1 铁磁/铁磁双层膜的双时格林函数理论
• 2.1.1 理论模型
• 2.1.2 铁磁/铁磁双层膜双时自旋格林函数理论
• 2.2 铁磁/反铁磁双层膜的双时格林函数理论
• 2.2.1 理论模型
• 2.2.2 铁磁/反铁磁双层膜双时自旋格林函数理论
• 第3章 计算结果及讨论
• 3.1 铁磁/铁磁双层膜的磁化行为
• AB)对系统自发磁化行为的影响'>3.1.1 层间交换作用(J_AB)对系统自发磁化行为的影响
• 3.1.2 晶体场单离子各向异性（D）对系统自发磁化行为的影响
• B）对系统自发磁化行为的影响'>3.1.3 软磁层内的交换作用（J_B）对系统自发磁化行为的影响
• 3.1.4 外磁场（H）对系统磁化行为的影响
• 3.1.5 严格退耦方法与Anderson-Callen退耦方法的比较
• 3.1.6 小结
• 3.2 铁磁/反铁磁双层膜的磁化行为
• AB)对系统自发磁化行为的影响'>3.2.1 层间交换作用(J_AB)对系统自发磁化行为的影响
• B）对系统自发磁化行为的影响'>3.2.2 反铁磁层各向异性（D_B）对系统自发磁化行为的影响
• 3.2.3 外磁场（H）对系统磁化行为的影响
• 3.2.4 小结
• 第4章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 简历