研究生毕业论文申请博士学位论文题目纳米结构材料磁特性的数值模拟作者姓名黄志高学科专业名称凝聚态物理研究方向磁学指导教师都有为教授２００４年４月２０日学号DG0122020论文答辩日期２００４年月日指导教师签字博士研究生学位论文纳米结构材料磁特性的数值模拟作者黄志高学号DG0122020专业凝聚态物理导师都有为教授南京大学物理系DissertationforPh.DSimulationofmagneticpropertiesfornanostructuredmaterialsAuthor:HuangZhigaoSpecialization:CondensedMatterPhysicsMentor:Prof.DuYouweiDepartmentofPhysicsNanjingUniversityApril20,2004摘要i毕业论文题目纳米结构材料磁特性的数值模拟凝聚态物理专业2001级博士生姓名黄志高指导教师姓名职称都有为教授本文主要采用数值计算的方法研究了具有广泛应用前途的磁性薄膜磁性原子团等纳米磁体的磁化强度相变磁各向异性磁电阻和磁化动力学等特性重点改进和发展了ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ方法微磁学方法能量极小方法和矩阵计算方法研究结果表明表面效应和尺寸效应对纳米磁体的磁特性有重要的影响由此引起了许多不同于块状材料的新性质如表面磁矩增强表面磁各向异性增强阶梯效应和自旋重取向等在磁性原子团中发现了组态各向异性提出了一种隧穿磁电阻与原子团磁矩的相对取向原子团的内在特性库仑阻塞效应共作用的双层次模型比较使用不同模拟方法获得的结果发现它们之间有较好的吻合模拟结果较好地解释了实验事实本文研究目的是通过数值计算的方法探究在纳米磁体中不同寻常磁特性的物理起源以期在新材料研究和设计中提供指导和帮助本文共分四部分1磁性薄膜的磁相变与自旋重取向1.1磁性薄膜的磁相变利用MonteCarlo方法和转移矩阵TM法研究了具有不同的表面交换耦合Js和薄膜厚度的磁性多层膜的表面和尺寸对磁相变的影响以及最近邻以及次近邻原子交换作用及不同的表面最近邻自旋交换常数SJ的体心立方结构的磁性薄膜磁特性模拟结果表明1磁性薄膜的相变温度随薄膜层数的变化取决于Js/JJ为体内交换耦合当Js/J大于某一临界值时由于表面磁有序先于体内磁有序系统的相变温度随薄膜层数的增多而降低反之表面磁无序可与体内磁有序共存系统的相变温度随薄膜层数的增多而升高当Js/J较小时随着Js增大系统的居里温度缓慢升高趋近于体内相变温度而当Js/J较大时随着Js增大系统的居里温度呈线性升高同时通过MC和TM法计算获得了薄膜的表面体内及总的磁相图MC法的模拟结果与用转移矩阵法推导出的结果相当吻合且很好地解释了实验事实2当考虑次近邻交换作用时磁性薄膜的磁相图变得更加复杂相变温度(居里温度TC或奈尔温度TN不仅取决于BSJJ/(BJ为体内最近邻自旋交换常摘要ii数)还与次近邻交换常数的相对大小bBBBSSSJJJJ==(SSJBBJ分别为表面及体内次近邻自旋间交换常数)有很大关系随着BSJJ/的增大相变温度增大当系统的表面与体内相变温度相同时存在一临界值BSJJ/JC或JN当b值较小时,JC随b的增大而很快减小且表面层层数越少JC减小得越快而随着b的继续增大JC缓慢减小并趋于恒定值且表面层层数越少恒定值越大而JN随b的变化关系与JC对称其变化规律刚好相反1.2混合磁性薄膜的矫顽力与阶梯效应采用能量极小原理的微磁学及MonteCarlo方法对铁磁/反铁磁混合磁性薄膜的磁特性进行了模拟计算研究了基态下系统的磁滞回线自旋组态及铁磁交换作用常数JAA单轴各向异性常数K偶极相互作用常数D和铁磁性原子掺杂量X对矫顽力Hc的影响同时还模拟计算了矫顽力Hc的温度特性模拟结果表明在混合磁性薄膜中磁滞回线存在明显的阶梯效应利用简单的Ising模型揭示这种阶梯效应主要起源于包含不同反铁磁原子的掺杂量的不同尺寸的原子团对外加磁场所产生不同响应在基态下当0.5X1.0时矫顽力Hc随KJAA的增大而增大但随D增大而减小Hc随X的变