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基于Monte Carlo方法的磁性多层膜的物性研究

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基于Monte Carlo方法的磁性多层膜的物性研究

作者：薛凤礼沈阳工业大学

学位级别：硕士

随着科学技术的发展,层状磁性材料的研究与发展备受关注。其中,亚铁磁材料中存在补偿温度,而补偿温度在磁记录方面有着重要的应用。同时,合成薄膜材料的技术和手段多样化,如脉冲激光沉积法、溶胶-凝胶法、金属-有机物气相沉积法、磁控... 详细信息

随着科学技术的发展,层状磁性材料的研究与发展备受关注。其中,亚铁磁材料中存在补偿温度,而补偿温度在磁记录方面有着重要的应用。同时,合成薄膜材料的技术和手段多样化,如脉冲激光沉积法、溶胶-凝胶法、金属-有机物气相沉积法、磁控溅射技术等,加上理论方面的突破与科学的实际运用,磁性多层膜材料正进入一个发展高潮期。针对层状混自旋磁性材料,建立了亚铁磁双层混自旋(1/2,1)的Ising模型、亚铁磁三层混自旋(1/2,1,3/2)的Ising模型和铁磁三层混自旋(1/2,1,3/2)的Ising模型。利用Monte Carlo方法,系统地研究了亚铁磁和铁磁Ising系统的磁性质和热力学性质,分析和讨论了温度、交换耦合作用、薄膜层厚和磁性原子浓度对系统的磁矩、磁化率、内能、比热、补偿行为和相变行为的影响。研究了亚铁磁双层混自旋(1/2,1)的Ising模型系统的交换耦合作用、层厚对系统磁性质和热力学性质的影响。结果表明,层内交换耦合Jbb增加时,系统的相变温度和补偿温度都在增加,发现Jbb越小,补偿行为越容易出现。温度与交换耦合作用的竞争,导致了磁矩曲线类型出现了Néel理论所预言的N型、Q型和P型曲线。层间交换耦合作用Jab的增加,对于相变温度和补偿温度,几乎没有影响。随着层厚L的增大,相变温度先升高后不变,在L较小时,补偿温度变化明显。研究了亚铁磁三层混自旋(1/2,1,3/2)的Ising模型系统的交换耦合作用、层厚和系统原子浓度对系统磁性质和热力学性质的影响,重点研究了系统的补偿行为和相变行为。研究结果表明:随着Jbb的增加,补偿温度没有影响,相变温度增大。Jcc越大,补偿温度越难出现。随着系统层厚L的增大,补偿温度不变,而相变温度增加。子格层厚Lb增加,相变温度增大,补偿温度消失,说明Lb越大,补偿温度越难出现。子格层厚Lc增加时,相变温度不变,补偿温度先增加后不变。改变系统原子浓度P,在相图中发现,系统出现了双补偿点。为了与相关有效场(EFT)的理论结果进行比较,对铁磁三层混自旋(1/2,1,3/2)Ising模型系统的相变行为进行了研究,获得了与EFT相符的结果。此外,当增大参数L、Lc和Jcc,系统的相变温度随着L、Lc和Jcc的增大而增大。当增大Lb和Jbb时,系统的相变温度几乎没有发生变化。

关键词： Ising模型 Monte Carlo 补偿温度相变温度交换耦合

Nd-Fe-B/FeCo多层纳米复合膜的结构和磁性

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物理学报 2007年第2期56卷 1135-1140页

作者：敖琪张瓦利张熠吴建生上海交通大学

制备了Nd28Fe66B6/Fe50Co50多层纳米复合磁性薄膜,对溅射态和650℃退火处理15min试样的相成分分析和微结构的观察显示,溅射态薄膜呈非晶态,经650℃退火处理15min后,薄膜主要相成分为硬磁性Nd2Fe14B相和软磁性相FeCo(110)相.Nd2Fe14B相... 详细信息

制备了Nd28Fe66B6/Fe50Co50多层纳米复合磁性薄膜,对溅射态和650℃退火处理15min试样的相成分分析和微结构的观察显示,溅射态薄膜呈非晶态,经650℃退火处理15min后,薄膜主要相成分为硬磁性Nd2Fe14B相和软磁性相FeCo(110)相.Nd2Fe14B相呈柱状,其易磁化c轴垂直于膜面,尺寸约10nm.在硬磁性相和软磁性相之间存在少量富Nd相和非晶态,富Nd相大小约7nm.磁性测量和分析表明,1)该系列薄膜退火态具有垂直于膜面的磁晶各向异性.2)对于固定厚度(10nm)层Nd-Fe-B和不同厚度(tFeCo=1—100nm)层FeCo多层纳米复合膜,剩磁随软磁相FeCo厚度的增加快速增加,而矫顽力则减小.当tFeCo=5nm时,最大磁能积达到200kJ/m3.3)硬磁相Nd-Fe-B层和软磁相FeCo层之间交换耦合导致剩磁和磁能积增强.

关键词： Nd-Fe-B/FeCo多层纳米复合膜交换耦合磁各向异性

基于静电纺丝技术的一维磁性复合纳米材料的制备、磁性及应用研究

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基于静电纺丝技术的一维磁性复合纳米材料的制备、磁性及应用研究

作者：刘镇林兰州大学

学位级别：硕士

一维磁性纳米材料不仅具有颗粒纳米材料的各种特殊物理效应,而且其高的长径比能够突破磁纳米颗粒材料对磁电性能的限制,因此已成为当今纳米材料领域重要的研究对象。在一维磁纳米材料的制备和应用研究中不仅要求其制备方法简单、成本低... 详细信息

一维磁性纳米材料不仅具有颗粒纳米材料的各种特殊物理效应,而且其高的长径比能够突破磁纳米颗粒材料对磁电性能的限制,因此已成为当今纳米材料领域重要的研究对象。在一维磁纳米材料的制备和应用研究中不仅要求其制备方法简单、成本低、量产,而且要求其结构均匀、连续、宽度且直径可控。静电纺丝技术因其方法简单、制备过程可控而被应用于许多一维纳米结构材料的制备,例如纳米管、纳米线、并排纳米线等。本文中,我们利用单轴以及并轴静电纺丝技术结合后期热处理制备了CoFeO/SrFeO复合磁性纳米线、纳米管材料和Co FeO/Ti O复合光催化材料,并系统深入的研究了其微观结构、磁性及光催化性能。最后,我们尝试了将CoFeO/TiO复合的一维磁纳米材料应用在降解有机染料方面。本论文主要研究结果总结如下:1.利用单轴静电纺丝法制备了不同摩尔比例的SrFeO/CoFeO复合纳米线,并对其进行了系统的表征和磁性能研究。结果表明:样品随着SrFeO比例的增加,其微观结构中纳米线表面的六边形纳米颗粒逐渐增多,且磁性也发生变化。在SrFeO与CoFeO摩尔比从1:10变化到4:10的范围内,样品的饱和磁化强度(Ms)随SrFeO比例的增加单调递减;当SrFeO:CoFeO=4:10时,样品的矫顽力(Hc)最大,并随SrFeO比例的增加单调递增。2.通过单轴静电纺丝技术结合后期不同温度下退火制备出SrFeO/CoFeO复合磁纳米管结构。通过对其相成分、微观形貌和室温磁性能系统的研究发现:所有样品结晶性良好、纯度高并且都具有一维结构,其中在800℃和900℃热处理之后形成了纳米管结构。不同的退火温度对样品CoFeO、SrFeO颗粒的分布有着重要影响从而对其磁交换耦合作用产生影响。随着热处理温度的升高,饱和磁化强度单调递减而矫顽力单调递增。3.利用并轴静电纺丝技术在800℃、900℃和1000℃下制备出SrFeO/CoFeO的并排结构纳米线。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、激光拉曼光谱(Lab RAM HR Evolution)和振动样品磁强计(VSM)对其进行了表征分析和磁性能研究。研究表明:样品均具备并排纳米线结构,结晶性和纯度良好,磁滞回线均表现出类似单相磁行为,说明两相之间存在着强交换耦合作用。并且随着退火温度的升高,矫顽力依次增强。4.通过并轴静电纺丝技术结合后期热处理成功的制备了一系列CoFeO/TiO复合纳米线。通过研究其微观结构、相成分、光响应特性、室温磁性能及光催化性能,我们发现:复合纳米线在500℃烧结有明显的并排结构,随着烧结温度升高至900℃,并排结构被破坏,形成了由CoFeO和TiO组成的复合纳米链状颗粒结构。对比三个样品的光催化性能,在500℃下烧结的复合光催化材料对溴甲酚绿的光降解效果最好,这是由于其异质结构界面可有效防止电子空穴和光生电子的复合从而获得良好的光催化活性。同时基于CoFeO的铁磁特性,可以有效的通过外加磁场将其从水中分离出来。

关键词：静电纺丝一维磁性纳米材料交换耦合光催化

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超磁致伸缩TbFe/FeAl多层膜的研究

材料热处理学报 2008年第4期29卷 56-59页

作者：王伟宓一鸣钱士强周细应上海工程技术大学材料工程学院上海201620

采用直流磁控溅射法制备了TbFe/FeAl超磁致伸缩多层膜,研究了FeAl薄膜的复合对TbFe薄膜磁性能以及热处理温度对TbFe/FeAl磁致伸缩多层膜磁致伸缩系数的影响。结果表明,TbFe层与FeAl层之间的交换耦合作用以及热处理能明显提高薄膜的软磁... 详细信息

采用直流磁控溅射法制备了TbFe/FeAl超磁致伸缩多层膜,研究了FeAl薄膜的复合对TbFe薄膜磁性能以及热处理温度对TbFe/FeAl磁致伸缩多层膜磁致伸缩系数的影响。结果表明,TbFe层与FeAl层之间的交换耦合作用以及热处理能明显提高薄膜的软磁性能和磁致伸缩性能;与TbFe单层膜相比,TbFe/FeAl多层膜水平方向的矫顽力从59.2kA.m-1降低到29.6kA.m-1;经最佳退火处理(350℃×60min),获得了较低的饱和磁场强度和矫顽力,分别为Hs=96kA.m-1和JHc=16kA.m-1;外加磁场400kA.m-1时,TbFe/FeAl磁致伸缩多层膜磁致伸缩系数可达574×10-6。

关键词：超磁致伸缩薄膜磁控溅射 TbFe/FeAl 交换耦合

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稀土文摘快报

稀土信息 2022年第10期28卷 42-43页

基于低稀土含量的“双各向异性”纳米复合材料的尖端界面交换耦合领域:磁性材料题目:Tip Interface Exchange-Coupling Based on“Bi-Anisotropic”Nanocomposites with Low Rare-Earth Content团队:北京工业大学,材料科学与工程学院,先进功能材料教育部重点实验室期刊:ACS Applied Materials&Interfaces(impact factor:9.229)1区进展:专门设计的SmCo5/Co磁性纳米复合材料是通过“自下而上”工艺制造的。SmCo_(5)纳米芯片首先通过液相化学合成结合还原退火制备,然后通过Co纳米棒的化学沉积进行涂覆。SmCo5纳米芯片和Co纳米棒都是各向异性的,可以在外部磁场下同时对齐。

关键词：纳米复合材料纳米芯片北京工业大学交换耦合化学沉积外部磁场双各向异性磁性材料

Co/Nb复合添加对Nd_2Fe_(14)B/α-Fe纳米晶双相复合永磁体的影响

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稀有金属 2009年第1期33卷 22-25页

作者：马瑞卢斌贵州大学材料科学与冶金工程学院贵州贵阳550003 中南大学材料科学与工程学院湖南长沙410083

通过复合添加,采用熔体快淬法制备Nd8Fe82Co3Nb1B6纳米晶双相复合永磁体,研究了Co,Nb对合金微观组织及磁性能的影响。结果表明,合金元素Co/Nb的复合添加,可降低剩磁和矫顽力的温度系数,增强软、硬磁相的高温稳定性;其次,提高合金的非晶... 详细信息

通过复合添加,采用熔体快淬法制备Nd8Fe82Co3Nb1B6纳米晶双相复合永磁体,研究了Co,Nb对合金微观组织及磁性能的影响。结果表明,合金元素Co/Nb的复合添加,可降低剩磁和矫顽力的温度系数,增强软、硬磁相的高温稳定性;其次,提高合金的非晶形成能力,在合金的晶化退火处理中促进晶粒细化,改善显微组织,增加两相晶粒间的铁磁交换耦合作用,有利于合金综合磁性能的提高,其最佳磁性能为Br=1.14 T,Hcj=320 kA.m-1,(BH)max=109.3 kJ.m-3。

关键词：纳米晶双相复合永磁体非晶形成能力交换耦合磁性能

基于负磁晶各向异性CoIr软磁薄膜ECC介质的磁性研究

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基于负磁晶各向异性CoIr软磁薄膜ECC介质的磁性研究

作者：焦娟莹兰州大学

学位级别：硕士

垂直磁记录在存储介质中仍然占据重要的位置,但记录过程中因其“高记录密度、热稳定性和易写性”三者之间的制约关系,在提高记录密度方面一直受阻。为了解决这一问题,人们提出许多基于垂直磁记录技术的新材料和新工艺。交换耦合复合介质... 详细信息

垂直磁记录在存储介质中仍然占据重要的位置,但记录过程中因其“高记录密度、热稳定性和易写性”三者之间的制约关系,在提高记录密度方面一直受阻。为了解决这一问题,人们提出许多基于垂直磁记录技术的新材料和新工艺。交换耦合复合介质(简称ECC media)由于其具有较低的矫顽力同时能够保持较高的热稳定性以及在实验中容易制备而受到研究人员的广泛地关注。ECC介质由软磁层与硬磁层构成,并且存在两种耦合方式:(1)直接耦合,硬磁层和软磁层直接接触;(2)间接耦合,在软磁层和硬磁层之间加入中间层减小双层耦合强度。大量研究结果表明,复合介质中使用具有负磁各向异性能的软磁材料耦合硬磁层有助于降低整个颗粒的反转场,因此,我们选择具有强负磁晶各向异性的Co Ir软磁材料去耦合硬磁层,试图降低介质的矫顽力。利用磁控溅射制备一系列性能优良的Co Pt/Co Ir ECC介质薄膜,研究薄膜的晶体结构、静态磁性及微观结构等。最后从理论模型出发加以验证。本论文的主要研究内容如下:1.制备具有高磁晶各向异性的Co Pt硬磁层。选取合适的衬底层(Ta、Pt、Ru)去诱导得到沿着c轴取向生长且具有优良磁性质的Co Pt硬磁层。实验中采用控制变量的方法优化薄膜制备的溅射条件(气压、功率、厚度和成分)。通过比较不同溅射条件下样品的晶体结构和静态磁性参数,得到制备Co Pt硬磁层的最优溅射条件,为进一步制备Co Pt/Co Ir ECC介质奠定基础。2.Co Pt/Co Ir ECC介质薄膜的制备及磁性研究。在Co Pt硬磁层表面上直接生长Co Ir软磁层得到具有Si(Si O2)/Ta/Pt/Ru/Co Pt/Co Ir层状结构的ECC介质薄膜。透射电镜结果显示Co Pt硬磁层具有分离均匀的柱状颗粒结构,且外延生长的Co Ir软磁层显示出相同的结构。静态磁性测量的结果显示Co Pt和Co Ir双层薄膜之间存在很强的交换耦合作用,Co Pt/Co Ir ECC介质的矫顽力随着Co Ir软磁层厚度的增加迅速降低。同时实验结果得到理论计算的验证。3.Co Pt/Pt/Co Ir ECC介质薄膜的制备及磁性研究。实验中进一步在Co Pt和Co Ir之间溅射生长Pt中间层,调节两层之间的耦合强度,观察Co Pt/Pt/Co Ir ECC介质磁性的变化,实验中制备三组不同Co Ir软磁厚度的Co Pt/Pt/Co Ir复合样品。磁性测量的结果表明中间层Pt的使用可以提高介质的矩形比,增大矫顽力,有效地降低软磁层和硬磁层之间的交换耦合强度。然而,随着Pt层厚度的增加,软磁层和硬磁层之间的交换耦合强度逐渐变小,复合介质的矫顽力增加。

关键词：负磁晶各向异性 CoPt/CoIr薄膜 ECC介质交换耦合

Mn3+xA1-xC(A=Al,Ga)及Mn4C复合材料合成、结构和磁性

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Mn3+xA1-xC(A=Al,Ga)及Mn4C复合材料合成、结构和磁性

作者：王新友中国计量大学

学位级别：硕士

早在20实际60年代,Mn基反钙钛矿结构化合物(MnAX)的基本物性已被系统研究。近年来,尤其在He等人发现NiMgC在低温下的超导电性后,Mn基反钙钛矿结构化合物再次吸引了众多科学家的关注。科研工作者在Mn基反钙钛矿结构化合物研究中发现了巨... 详细信息

早在20实际60年代,Mn基反钙钛矿结构化合物(MnAX)的基本物性已被系统研究。近年来,尤其在He等人发现NiMgC在低温下的超导电性后,Mn基反钙钛矿结构化合物再次吸引了众多科学家的关注。科研工作者在Mn基反钙钛矿结构化合物研究中发现了巨磁阻效应、磁热效应、热冷缩效应和恒电阻率等具有潜在应用价值的新性能。其中磁热效应在磁致冷领域的应用备受科研工作者的关注。元素取代作为一种有效的物性改良方法已被科研工作者充分地应用于Mn基反钙钛矿结构的物性研究中。但是为了避免元素取代导致Mn基反钙钛矿结构的结构的变化,无论是取代面心位置的Mn元素还是取代顶角位置的A元素,一般元素取代量不会超过0.2。最近,我们课题组的司平占教授通过等离子体放电法成功制备了高纯度的MnC(典型的反钙钛矿结构)化合物。因此,我们尝试用大量的Mn元素取代A元素,系统研究大量Mn元素取代A元素对Mn+x A-x C(A=Al,Ga)的结构及磁性能的影响。并同时对MnC复合材料的磁性能做了系统地研究。主要研究内容包括:(1)采用感应熔炼法制备不同化学成分的MnA1C(x=0,1/4,1/2,3/4,1)化合物,随后在1000摄氏温度下热处理24小时。通过XRD分别对热处理前后的样品进行物相表征。通过PPMS综合物理测量系统对热处理前后的样品进行磁性能分析。测试结果表明,MnAlC化合物的矫顽力和剩磁均为零,这意味着MnAlC为软磁材料。当x≤0.5时,MnA1C的晶体结构没有发生变化。而当≥0.75时,MnA1C的稳定性变差,且当温度升高时会加剧其分解。高温热处理后的MnAlC的居里温度为309 K。在外加磁场3 T的条件下,MnAlC在285 K稳定下取得最大的磁熵变值约为2.26 J/kg K。(2)采用感应熔炼法和固态反应法分别制备了不同化学成分的MnGaC(x=0,1/4,1/2,3/4,1)化合物。通过XRD分别对不同方法制备的样品进行了物相表征。结果发现,感应熔炼法制备的样品中未掺杂的MnGaC中含有大量的杂相,而MnGaC、MnGaC、MnGaC中未出现杂相,这可能是由感应熔炼过程中部分原材料未充分反应或损失导致的。分析由固态反应法制备的样品,在当x≤0.5时,MnA1C的晶体结构没有发生变化。而当≥0.75时,MnGaC的相图中开始出现杂峰。MnGaC的居里温度为270 K略高于前人报道的246 K。MnGaC的饱和磁化强度会随着x取代量的增加而降低。(3)通过传统的电弧放电法制备了包含α-Mn(C)固溶体,MnC,氧化锰和少量C/MnO的Mn-C纳米颗粒。由于Mn-C纳米颗粒中存在Neel的P型铁磁性MnC,所以Mn-C纳米颗粒在室温下表现为铁磁行为和不同寻常的正磁化温度系数。由正磁化温度系数的相和负磁化温度系数的相组成的磁化材料可以通过调节两种相的比例来调节该材料的磁化速率。Mn-C纳米颗粒的交换偏置场和矫顽力随着温度的升高而降低。

关键词：反钙钛矿结构化合物磁热效应交换耦合等离子体放电法