交换耦合两相纳米复合永磁薄膜的理论研究

论文摘要

交换耦合两相纳米复合磁体结合了软磁相的高剩磁和硬磁相的高矫顽力的优点而成为制备高性能永磁材料的热门话题。本论文运用微磁学方法,研究了交换耦合两相纳米复合磁体的成核场、钉扎场、矫顽力机制和磁滞回线,主要研究结果如下:1.系统地研究了交换耦合硬磁/软磁/硬磁性三层膜的退磁过程,其中特别地关注了硬磁相厚度较小时的情况。得到了成核场的解析公式,并数值计算出磁性三层膜的磁滞回线以及成核与钉扎之间的角度分布。分析发现,成核场、钉扎场以及它们之间的外场跨度都随着硬磁相厚度的增加而增加。当薄膜厚度很小时,磁滞回线的形状接近方形且主导矫顽力机制为成核,只有在这种情况下,硬磁相厚度才会对磁滞回线造成非常大的影响。讨论了理论与实验中都能实现最大磁能积的薄膜厚度区域。在大多数实验条件下,硬磁相厚度可以当作足够大的,以致于硬磁相表面磁化矢量的偏转遵循简单的一致转动模型。此时只需考虑软磁相厚度的影响,从而使计算得到很大程度的简化。2.以界面交换耦合常数和软磁相厚度为主要参变量,研究了易轴与膜面平行情况下的Nd2Fe14B/α-Fe磁性多层膜的磁矩取向随外场变化及磁滞回线。当软磁相厚度较小时,钉扎场等于成核场,随着界面交换耦合常数的减小,矫顽力机制由成核变为钉扎;当软磁相厚度较大时,矫顽力机制随界面交换耦合常数的改变情况恰好相反。钉扎场与成核场发生分离的临界厚度随着界面交换耦合常数的减小而减小。当界面交换耦合常数很小时,刚性磁体只有在软磁相厚度非常小时才会出现。退耦合作用导致软硬磁相交界面出现角度突变,使得复合多层膜由单相行为向两相行为转变,同时使得成核场减小,并且当软磁相厚度较大时导致钉扎场增加。3.以Nd2Fe14B/α-Fe、FePt/α-Fe和SmCo5/Co磁性三层膜为例,全面探究了界面交换耦合强度、软磁相和硬磁相厚度对成核场的影响。分析发现,当软磁相厚度约为软磁相布洛赫壁宽度的十分之一且硬磁相厚度大于硬磁相的布洛赫壁宽度时,界面交换耦合常数对成核场的影响会非常显著。计算了不同界面交换耦合常数下Nd2Fe14B/α-Fe磁性三层膜的磁滞回线。分析发现,随着软磁相厚度的增加,矫顽力逐渐减小且矫顽力机制从钉扎变为成核。当界面交换耦合常数为Jibulk （软、硬磁相对应的交换耦合常数中间值）的十分之一时, Sm40Fe60（63 nm）/Ni80Fe20（78 nm）双层膜的理论磁滞回线与实验数据复合得很好,由此说明,在实验中软、硬磁相之间的耦合作用很弱。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 永磁材料的发展
• 1.2 两相纳米复合永磁材料的理论基础——交换耦合作用
• 1.3 两相纳米复合永磁材料的研究现状
• 1.3.1 两种主要的磁化反转理论
• 1.3.2 矫顽力机制
• 1.4 微磁学的基本理论与方法
• 1.4.1 微磁学的发展及现状
• 1.4.2 布朗方程
• 1.5 本论文的内容和意义
• 第二章 薄膜厚度对交换耦合磁性三层膜的磁化发转及磁滞回线的影响
• 2.1 引言
• 2.2 计算模型
• 2.3 计算结果及讨论
• 2.3.1 角度分布
• s、θ⁰和θ^h的磁滞回线'>2.3.2 θ^s、θ⁰和θ^h的磁滞回线
• 2.3.3 磁滞回线
• 2.3.4 钉扎场与成核场随硬磁相厚度的变化
• 2.3.5 解析结果
• 2.3.6 讨论
• 2.4 结论
• 第三章 交换弹簧磁性多层膜的磁矩取向及磁滞回线的解析研究
• 3.1 引言
• 3.2 微观模型与计算方法
• 3.3 计算结果及讨论
• 3.3.1 成核场
• 3.3.2 角度分布
• 3.3.3 钉扎场
• 3.3.4 磁滞回线
• 3.4 结语
• 第四章 磁性三层膜的成核场与磁滞回线的精确计算
• 4.1 引言
• 4.2 理论模型
• 4.3 计算结果分析
• 4.3.1 成核场
• 4.3.2 磁滞回线
• 4.4 结论
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 在校期间科研成果