纳米软、硬磁性晶粒间的交换耦合及其有效各向异性

以软磁性相α-Fe和硬磁性相Nd2Fe14B为例,研究了软、硬磁性晶粒间的交换耦合作用和有效各向异性常数〈Ksh〉随晶粒尺寸的变化关系。由于晶粒间的交换耦合作用,晶粒可分为晶粒内部无界面交换耦合作用影响和晶粒表面有界面交换耦合作用影响两部分,其各向异性常数为两部分的统计平均值。计算结果表明：对固定的软磁性晶粒尺寸Ds,〈Ksh〉随硬磁性晶粒尺寸Dh一致增加;对固定的Db,〈Ksj〉随Ds一致减小。为使软、硬磁性晶粒间的有效各向异性常数墨。保持较高的值,应控制硬磁性晶粒大于35nm,软磁性晶粒在10nm左右。     

晶粒尺寸对软-硬磁性晶粒间有效各向异性的影响

以软磁性相α—Re和硬磁性相Nd2Fe14B为例，研究了软—硬磁性晶粒间的交换耦合相互作用和有效各向异性随晶粒尺寸和软、硬磁性晶粒尺寸比(Ds：Dh)的关系，软—硬磁性晶粒间的有效各向异性常数可以用软、硬磁性相的平均各向异性常数的统计平均值表示，当晶粒尺寸大于其铁磁交换长度时，晶粒分为有、无交换耦合两部分，无交换耦合部分的各向异性常数为通常的K1，而耦合部分的各向异性常数随到晶粒表面的距离而变化，研究结果表明：软—硬磁性晶粒间的有效各向异性随晶粒尺寸的减小而下降，随着软、硬磁性晶粒尺寸比值(Ds：Dh)的减小而增加，为使软—硬磁性晶粒间的有效各向异性常数Keff保持较高的值，应控制硬磁性晶粒大于35nm，软磁性晶粒尺寸为10nm左右。     

交换耦合的纳米软-硬磁性晶粒的有效各向异性常数

以α-Fe、Nd2Fe14B为例,研究了纳米晶粒尺寸对交换耦合的软-硬磁性晶粒各向异性的影响.结果表明,软-硬磁性晶粒的有效各向异性常数〈Ksh〉随软磁性晶粒尺寸Ds的增加而减小,随硬磁性晶粒尺寸Dh的增加而增大.当Ds/Dh为固定值且1/1.1≥Ds/Dh≥1/1.4时,〈Ksh〉在Ds为10～20nm之间取得一极大值.当Dh＞25nm,Ds在10nm左右时,可获得较大的〈Ksh〉.     

晶粒间界相对纳米硬磁材料各向异性的影响

采用立方晶粒结构模型研究了晶粒间界相对纳米硬磁材料交换耦合相互作用和有效各向异性的影响.结果表明,晶粒间界相减弱了交换耦合作用,使晶粒的平均各向异性〈K〉增加,有助于提高材料的有效各向异性Keff;而非磁性晶粒间界相又会使Keff降低,导致Keff在间界相为某一厚度d时取极大值.适当厚度的晶粒间界相可以提高材料的有效各向异性和矫顽力.     

Nd-Fe(Co,Ga,Nb)-B纳米复合材料矫顽力的晶粒尺寸关系

用熔体快淬方法制备了Nd2(Fe，Co，Ga，Nb)l4B／α—Fe纳米复合水磁材料，研究了材料的磁性能与晶粒尺寸的关系．结果表明：纳米复合材料的剩磁随着平均晶粒尺寸的减小单调增加，矫顽力随着晶粒尺寸的减小先增加，在23nm附近出现峰值．采用软硬磁性相之间的交换耦合磁硬化和有效各向异性模型解释了矫顽力出现峰值的现象。     

纳米复合永磁体的成分、晶粒尺寸与各向异性

以Nd2Fe14B/α—Fe为例，研究了晶粒之间交换耦合相互作用对纳米复合永磁体有效各向异性的影响。纳米复合永磁体的有效各向异性常数可用软—软、硬—硬、软—硬三种不同晶粒界面对应有效各向异性常数的统计平均值表示。计算结果表明：材料的有效各向异性常数Keff随软磁性相成分的增加而降低；在相成分比例一定的条件下，随软、硬磁性相晶粒尺寸比值的增加而增加。     

磁性材料中的晶粒相互作用

磁性材料中的晶粒相互作用对材料的宏观磁性有决定性影响。相互作用可分为晶粒之间的长程静磁相互作用和近邻晶粒之间的交耦合相互作用。     

Nd2Fe14 B/α-Fe纳米复合永磁材料的有效各向异性

Nd2Fe14B／α-Fe纳米复合永磁材料中存在软-软、软-硬、硬-硬3种不同磁性晶粒界面。不同晶粒间的交换耦合相互作用使其有效各向异性常数Keff减小。Keff可以用这3种不同有效各向异性的统计平均值表示。计算结果显示：如随晶粒尺寸D的减小和软磁性成分的增加而降低。当D减小到4nm时,Keff减小为通常各向异性常数值的1/3∽1/4。当软磁性相体积分数为50％时,Keff的值下降为硬磁性相对应值的1/2左右。有效各二向异性与矫顽力的变化规律基本相同。     

钕铁硼永磁合金的晶粒相互作用和矫顽力

钕铁硼永磁合金的矫顽力由单个晶粒的矫顽力和晶粒之间的相互作用决定。晶粒的矫顽力及其相互作用与晶粒取向有关。按照不同的矫顽力机制,晶粒的矫顽力及其角度关系有不同的表达式。晶粒相互作用可分为长程静磁相互作用和近邻晶粒的交换耦合相互作用。烧结磁体的交换作用影响很小,静磁相互作用影响较大,使晶粒混乱取向磁体的矫矫顽力大于晶粒理想取向磁体的矫顽力。综合考虑单个晶粒的矫顽力和不同取向晶粒之间的相互作用的影响。     

交换耦合软/硬磁双层膜体系磁动力学性质的研究

基于Laudau-Lifshitzt方程,在一维原子链模型的框架内研究了交换耦合软/硬磁双层膜体系的磁动力学性质,得到了软磁层在磁反转前处于一致磁结构和交换弹性磁反转过程中处于螺旋磁结构时的本征自旋波模式的频率及其空间分布特点,以及自旋波色散关系曲线。研究表明,软磁层的反磁化机制与自旋波的软模现象有密切关系,一阶自旋波模式的软化诱导了软磁层的磁反转,且磁反转的形式与一阶自旋波模式的空间分布状态相关。由磁动力学方法得到的磁反转临界场与近似的解析解得到的结果一致。     

感生各向异性对溅射Ni80Co20合金膜的磁及磁电阻性能的影响

采用磁控溅射方法,在诱导磁场下制备了一系列不同厚度的Ni80Co20合金薄膜。并研究了外磁场诱导的面内感生各向异性随膜厚度及退火工艺的依赖关系,以及各向异性对样品的磁电阻回线和矫顽力的影响。实验发现,外磁场诱导的面内感生各向异性随薄膜厚度的增加而逐渐减弱,沿面内易轴方向测得的磁电阻回线在矫顽力处具有很尖锐的磁电阻变化峰,因而具有很高的磁电阻灵敏度,沿易轴方向的矫顽力比在难轴方向测得的矫顽力大,两者都随膜厚的增加而增大,其差别随膜厚的增加而减小,样品经400℃真空退火后,面内感生各向 异性基本消失,矫顽力也显著降低,实验还发现,当薄膜厚度小于Ni80Co20合金的电子平均自由程（－15ns）时,各向异性磁电阻、△ρ和△ρ/ρ都陡然下降,当D＞20ns时,△ρ已基本趋于饱和,△ρ/ρ而仍继续增大,以上实验结果对Ni80Co20合金膜在磁记录和磁传感技术方面的应用具有实际意义。     

纳米晶软磁合金环形试样有效磁各向异性的研究

采用趋近饱和定律首次测定了纳米晶合金环形试样有效磁各向异性常数〈K〉.为了对比测量的准确度,同时测试了传统的晶态坡莫合金环形试样的磁晶各向异性.结果表明,用环形试样可以完成对低矫顽力的软磁材料进行磁各向异性的测定.     

Diffusion induced columnar structure, high perpendicular anisotropy and low transformation temperature in thick FePt films

Thick FePt films (800 nm) were deposited by electroplating using Ag electrode. 2 at.% Ag doping into the electrolyte can lead to a columnar structure after annealing. The annealed film shows a high coercivity and perpendicular anisotropy. The additive of Ag can also significantly reduce fct-phase ordering temperature to 400 °C, comparing with an ordering temperature of 700 °C without Ag doping. The diffusion from Ag electrode and dopant is attributed to the formation of columnar structure, perpendicular anisotropy and reduced ordering temperature.     

Solids with cracks and non-spherical pores: proper parameters of defect density and effective elastic properties

The work is motivated by inadequacy of the conventional defect density parameters, such as porosity (relative volume of pores) or the usual crack density in situations that are frequently encountered in applications: of non-spherical pores of diverse shapes, fluid-filled cracks/pores, pores in an anisotropic matrix. We call a defect density parameter proper if it correctly reflects the individual defect contributions into the effective elastic properties. Only in terms of such parameters can these properties be uniquely expressed. Their identification is non-trivial even in the framework of the non-interaction approximation; defect interactions further complicate the problem. We show that the proper parameters are identified by the structure of the elastic potential. Besides being necessary, the proper parameters yield the following benefits: (1) anisotropy due to non-randomly oriented defects is established; (2) expressions for the effective moduli cover, in a unified way, all mixtures of defects of diverse shapes and arbitrary orientational distributions; (3) they provide guidance for the proper interpretation of experimental data on elasticity of porous materials. For certain types of defects (field of pores of complex, but identical shapes, for example), the general results in terms of tensorial parameters reduce, for each particular orientational distribution, to expressions in terms of the conventional parameters. However, in other situations (non-spherical pores of diverse shapes, fluid-filled cracks/pores, pores in an anisotropic matrix) such a reduction cannot, generally, be done, even for a particular orientational distribution. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.