磁性納米顆粒膜的阻尼因子和微波磁譜微磁學計算.pdf

1、磁性納米膜微波物性是薄膜磁學及其應用的研究熱點之一。由于高密度磁記錄工業(yè)和無線通訊系統(tǒng)等相關高科技領域的飛速發(fā)展，促使應用在GHz 頻段下的磁性納米薄膜材料備受關注。針對磁性薄膜高頻電感和磁性微波吸收劑等不同的應用目標，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率實部。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)地開展對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用中至關重要的問題。為此，本研究利用微磁學方法計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率，并著重研究了納米軟磁薄膜中的隨機各向異性、磁化色散和退磁場等非均勻性對薄膜阻尼因子的影響規(guī)律和作用機制，且建立了用于闡明相關實驗現(xiàn)象的理論模型。為指導磁性薄膜的設計與制備工藝制定，進一步對薄膜生長進行了模擬。 用微磁學方法研究了孤立磁性納米

3、顆粒膜體系微波磁性能。結果表明，磁偶極作用對體系的靜態(tài)磁結構影響顯著，而交換相互作用影響不明顯。進一步利用有效媒質理論的計算分析表明，納米顆粒膜中磁性顆粒體積分數(shù)含量上升時，微波磁導率實部、虛部均增大，共振頻率增高。而搭接磁性顆粒體系中，交換作用對體系磁結構影響顯著，搭接顆粒的磁矩趨向一致排列。 利用微磁學方法計算了單相薄膜的靜態(tài)磁結構，得到了典型的微磁ripple 結構，其磁色散角變化規(guī)律與線性ripple 理論分析基本符合。

4、計算得到的微波磁導率能用單疇磁性顆粒的磁導率公式較好地描述。薄膜的等效阻尼因子隨磁色散角的增大而線性增大，這與理論結果一致。對兩相薄膜的研究發(fā)現(xiàn)，兩相薄膜的交換耦合區(qū)具有獨特的微細磁結構，這種微細磁結構增大了磁性薄膜的阻尼因子。 利用微磁學方法計算了具有表面各向異性的磁性顆粒的磁導率。研究表明，表面各向異性為Aharoni 表面各向異性時，磁性顆粒自旋結構為共線性單疇結構。為Néel表面各向異性時，顆粒自旋形成所謂“thrott

5、led”結構，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構。計算結果表明，不同強度的交換和表面作用時，體系存在3種典型的自旋結構：共線性磁結構；“zigzag”磁結構；“throttled”磁結構。 利用微磁學方法計算了單面粗糙薄膜的靜態(tài)磁結構和磁譜。結果表明，粗糙表面導致了薄膜面內的微磁ripple 結構，從而增大

6、了薄膜的阻尼因子。對特定均方根粗糙度，相關長度的薄膜，隨著縱向外加磁場的增大，薄膜阻尼因子先減小后增大。在此基礎上，還利用分析的手段得到了具有表面粗糙度的薄膜磁導率公式，進一步討論了雜散場和面內退磁場對薄膜磁譜的影響。當薄膜面內退磁因子和磁色散角變化時，薄膜磁譜有可能表現(xiàn)為單峰或雙峰結構，由此可用來解釋實際薄膜測量呈現(xiàn)的多種多樣的磁譜結構。 對Fe 多晶薄膜生長進行了模擬。在利用分子動力學，能量最小方法來計算吸附原子的表面激活能