磁性納米顆粒膜的阻尼因子和微波磁譜微磁學(xué)計(jì)算.pdf

1、磁性納米膜微波物性是薄膜磁學(xué)及其應(yīng)用的研究熱點(diǎn)之一。由于高密度磁記錄工業(yè)和無(wú)線通訊系統(tǒng)等相關(guān)高科技領(lǐng)域的飛速發(fā)展，促使應(yīng)用在GHz 頻段下的磁性納米薄膜材料備受關(guān)注。針對(duì)磁性薄膜高頻電感和磁性微波吸收劑等不同的應(yīng)用目標(biāo)，必須研究不同性能要求的磁性薄膜材料。在薄膜高頻電感應(yīng)用中，為了提高高頻電感性能，需要軟磁薄膜材料具有高的自然共振頻率，窄的鐵磁共振線寬和高的低頻磁導(dǎo)率實(shí)部。而在微波吸收劑中，則需要軟磁薄膜材料具有較大的鐵磁共振線寬，以提

2、高電磁波吸收帶寬。因而，系統(tǒng)地開(kāi)展對(duì)磁性薄膜的阻尼因子和磁譜形狀研究是高性能磁性薄膜應(yīng)用中至關(guān)重要的問(wèn)題。為此，本研究利用微磁學(xué)方法計(jì)算了偶極作用顆粒薄膜和交換作用磁性納米顆粒膜的高頻磁導(dǎo)率，并著重研究了納米軟磁薄膜中的隨機(jī)各向異性、磁化色散和退磁場(chǎng)等非均勻性對(duì)薄膜阻尼因子的影響規(guī)律和作用機(jī)制，且建立了用于闡明相關(guān)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的理論模型。為指導(dǎo)磁性薄膜的設(shè)計(jì)與制備工藝制定，進(jìn)一步對(duì)薄膜生長(zhǎng)進(jìn)行了模擬。 用微磁學(xué)方法研究了孤立磁性納米

3、顆粒膜體系微波磁性能。結(jié)果表明，磁偶極作用對(duì)體系的靜態(tài)磁結(jié)構(gòu)影響顯著，而交換相互作用影響不明顯。進(jìn)一步利用有效媒質(zhì)理論的計(jì)算分析表明，納米顆粒膜中磁性顆粒體積分?jǐn)?shù)含量上升時(shí)，微波磁導(dǎo)率實(shí)部、虛部均增大，共振頻率增高。而搭接磁性顆粒體系中，交換作用對(duì)體系磁結(jié)構(gòu)影響顯著，搭接顆粒的磁矩趨向一致排列。 利用微磁學(xué)方法計(jì)算了單相薄膜的靜態(tài)磁結(jié)構(gòu)，得到了典型的微磁ripple 結(jié)構(gòu)，其磁色散角變化規(guī)律與線性ripple 理論分析基本符合。

4、計(jì)算得到的微波磁導(dǎo)率能用單疇磁性顆粒的磁導(dǎo)率公式較好地描述。薄膜的等效阻尼因子隨磁色散角的增大而線性增大，這與理論結(jié)果一致。對(duì)兩相薄膜的研究發(fā)現(xiàn)，兩相薄膜的交換耦合區(qū)具有獨(dú)特的微細(xì)磁結(jié)構(gòu)，這種微細(xì)磁結(jié)構(gòu)增大了磁性薄膜的阻尼因子。 利用微磁學(xué)方法計(jì)算了具有表面各向異性的磁性顆粒的磁導(dǎo)率。研究表明，表面各向異性為Aharoni 表面各向異性時(shí)，磁性顆粒自旋結(jié)構(gòu)為共線性單疇結(jié)構(gòu)。為Néel表面各向異性時(shí)，顆粒自旋形成所謂“thrott

5、led”結(jié)構(gòu)，自然共振頻率與顆粒直徑倒數(shù)1/ D 成正比。其次，以具有不同磁晶各向異性易軸的4個(gè)磁性納米顆粒嵌入在磁性基體為模型，用蒙特卡洛方法模擬了磁性納米薄膜的微磁結(jié)構(gòu)。計(jì)算結(jié)果表明，不同強(qiáng)度的交換和表面作用時(shí)，體系存在3種典型的自旋結(jié)構(gòu)：共線性磁結(jié)構(gòu)；“zigzag”磁結(jié)構(gòu)；“throttled”磁結(jié)構(gòu)。 利用微磁學(xué)方法計(jì)算了單面粗糙薄膜的靜態(tài)磁結(jié)構(gòu)和磁譜。結(jié)果表明，粗糙表面導(dǎo)致了薄膜面內(nèi)的微磁ripple 結(jié)構(gòu)，從而增大

6、了薄膜的阻尼因子。對(duì)特定均方根粗糙度，相關(guān)長(zhǎng)度的薄膜，隨著縱向外加磁場(chǎng)的增大，薄膜阻尼因子先減小后增大。在此基礎(chǔ)上，還利用分析的手段得到了具有表面粗糙度的薄膜磁導(dǎo)率公式，進(jìn)一步討論了雜散場(chǎng)和面內(nèi)退磁場(chǎng)對(duì)薄膜磁譜的影響。當(dāng)薄膜面內(nèi)退磁因子和磁色散角變化時(shí)，薄膜磁譜有可能表現(xiàn)為單峰或雙峰結(jié)構(gòu)，由此可用來(lái)解釋實(shí)際薄膜測(cè)量呈現(xiàn)的多種多樣的磁譜結(jié)構(gòu)。 對(duì)Fe 多晶薄膜生長(zhǎng)進(jìn)行了模擬。在利用分子動(dòng)力學(xué)，能量最小方法來(lái)計(jì)算吸附原子的表面激活能