順磁性物質的磁和磁光特性以及低功耗MnZn鐵氧體的研究.pdf

1、本文工作分為兩部分。第一部分為強磁場下順磁性物質的磁和磁光特性的研究，第二部分為低功耗MnZll鐵氧體材料的研制。 近年來，實驗研究發(fā)現，磁性材料在強磁場條件下出現了一些新穎的磁和磁光特性，諸如順磁性物質的磁飽和特性，Faraday磁光效應的溫度和非線性特性，Faraday旋轉的“不飽和性”和特殊的Faraday磁光譜特性等，目前關于這些磁和磁光特性的理論工作明顯滯后于實驗研究。 本文首先應用經典理論解釋了強磁場下順磁性

2、氟化釹NdF<,3>的磁特性。對不同溫度下順磁性NdF<,3>的磁化強度隨外磁場的變化進行了理論擬合。研究表明，NdF<,3>在順磁狀態(tài)下磁性離子之間的交換作用不能忽略，且交換作用系數隨溫度的變化而變化。 接著，從量子理論出發(fā)，采用嚴格求解哈密頓量的方法，討論分析強磁場下順磁性ErGaG和NdGaG的磁化微觀機制?？紤]了晶場作用、自旋．軌道耦合、(間接)交換作用、多重項耦合對ErGaG和NdGaG磁特性的影響，定量計算了強磁場下

3、順磁性ErGaG和NdGaG材料的磁飽和特性，理論計算和實驗結果吻合很好。理論研究表明，順磁性ErGaG和NdGaG內部稀土離子之間的間接交換作用對其磁化影響較大，因而計算中不可忽略，且在ErGaG中交換作用顯示了很強的各向異性。本文研究發(fā)現多重項耦合對ErGaG的磁特性影響較小，而對NdGaG材料磁化的貢獻較大。并且，文中分析了NdGaG磁化的溫度特性，得到了溫度高于100K時NdGaG磁化滿足居里一外斯定律，計算結果與實驗吻合很好。

4、 最后，研究了強磁場下順磁性物質磁光效應的非線性和互易性。首先從經典磁光理論出發(fā)，考慮順磁性物質中的交換作用，推導了強磁場下光通過順磁性物質所引起的比法拉第旋轉θ<,F>隨外磁場H<,e>的變化關系。理論表明，在弱磁場下，θ<,F>與H<,e>成線性關系；外磁場較強時，θ<,F>與H<,e>成復雜的非線性關系，且法拉第磁光效應存在著互易性。文中亦研究了低溫強磁場下順磁性NdF<,3>的法拉第磁光效應，證實了NdF,3>的V<,P

5、>/X在溫度為18K和100K左右處分別出現最大值和最小值。其次，從量子理論出發(fā)，應用基態(tài)雙能級模型，研究了強磁場下順磁性物質法拉第效應的非線性和互易性，并詳細分析了影響法拉第效應非線性和互易性的因素。本文第二部分主要關于低功耗MnZn鐵氧體的研制。隨著世界軟磁鐵氧體生產中心向亞太地區(qū)轉移，我國功率鐵氧體研究也得到了快速發(fā)展，但其研究水平與日本、歐美等發(fā)達國家相比仍有一定差距，因此，加大對高性能功率鐵氧體新材料研發(fā)力度、縮短新材料研發(fā)周

6、期已成為我國軟磁材料研究工作者的共識。 本文詳細研究了鐵氧體的制備工藝，分析了燒結過程中的物理和化學變化以及溫度和氣氛控制。介紹了組合合成和高通量篩選技術，以及該技術在新材料研制領域中的技術優(yōu)勢。首次提出了應用組合合成和高通量篩選技術研制低功耗MnZn鐵氧體材料的方法和技術思路。應用該技術，本文在較短時間內，成功研制了磁性能較為優(yōu)越，能使用于較寬頻率范圍，并具有較好寬溫特性的低功耗MnZn鐵氧體材料。 本文還探討了功率M

7、nZn鐵氧體的損耗機制，分析了不同摻雜對低功耗MnZn鐵氧體功耗的影響，研究了摻雜對功率鐵氧體居里溫度的影響以及將原材料Fe<,2>O<,3>和Mn<,3>O<,4>作為添加物對鐵氧體性能的影響。燒結是功率鐵氧體研制過程中極為重要的一個環(huán)節(jié)，本文研究了樣品擺放方式以及燒結溫度的選擇對低功耗摻雜鐵氧體性能的影響。最后，文中給出了實驗所使用的最佳燒結溫度曲線和氣氛控制曲線，以及應用組合合成和高通量篩選技術研制的低功耗摻雜鐵氧體材料的性能特征