磁性纳米结构的微磁学模拟及其微波器件的研究

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1、■４ｉ种故＊￥ＵＡ■＇ＩＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＯＦＣＨＩＮ硕±学位论文ＩＭＡＳＴＥＲＴＨＥＳＩＳｍ？Ｍ论支题目磁性纳米结构的微礙学模拟及其微波器件的妍究学科专业材料科学与工程Ｉ＇Ｈ学号２０１３２１０３０５３４｜作者姓名涂宽Ｈ指导教师韩满贵教授分类号密级注1UDC（题名和副题名）（作者姓名）指导教师（姓名、职称、单位名称）申请学位级别学科专业提交论文日期2016.03.18论文答辩日期2

2、016.05.13学位授予单位和日期201606答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。MicromagneticsSimulationonMagneticNanostructuresandMicrowaveDevicesBasedonMagneticNanostructuresAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:MaterialsScienceandEngineeringAuthor:TuKuanAdvi

3、sor:ProfessorHanManguiSchool:SchoolofMicroelectronicsandSolid-StateElectronics独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加标注和致谢的地方夕ｈ论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。兴６作者签名：日期：年月日论义使用授权

4、本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘，。＾将学位论文的全允许论文被查阅和借阅本人授权电子科技大学可１：部或部分内容编入有关数据库进行检索，可Ｗ采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名；导师签名：＼１４日期：年＾月之日摘要摘要本文基于微磁学理论和微磁学仿真软件OOMMF探讨了多种纳米结构磁材料的磁性能，具体包括：椭球状纳米片结构，多孔纳米片结构，纳米线阵列结构和纳米管阵列结构。研

5、究结果表明：不同厚度的椭球状纳米片具有不同的磁畴分布，厚度低于18-20nm时，会产生单畴结构，单畴结构的纳米片具有较好的形状各向异性，其虚部磁导率谱有且仅有一个尖锐的共振峰，纳米片的矫顽力与厚度相关，单畴结构时Hc随厚度的增加而增加，多畴结构时Hc随厚度的增加而减小；多孔纳米片结构具有较好的平面各向异性，孔洞存在会增加多孔纳米片的磁损耗峰数目，且部分损耗峰由于频率相近而交叠，相当于展宽了损耗峰宽，多孔纳米片结构可用于开发质量轻、工作带宽宽的高频电磁波吸收材料；纳米管阵列结构的磁畴分布图和磁滞回线图受纳米管间距和纳米管管壁厚度的影响，一个重要原因是

6、纳米管间距和管壁厚度会影响相互作用力，论文通过FORC的方法半定量的探讨了相互作用力的变化，结果表明，间距越小或管壁越厚，相互作用力越大；纳米线阵列结构具有较好的形状各向异性，纳米线中磁矩在自发磁化状态下的近乎一致排列，沿与纳米线平行的方向磁化所得的磁滞回线具有极高的矫顽力和剩磁比，纳米线阵列的磁导率谱与纳米线在模版中的体积占比相关，磁导率谱实部在低频段随着体积占比的增加而增大，磁导率谱虚部的共振频率与体积占比线性相关。基于纳米线阵列的优异磁特性，本论文还设计了两款采用了沉积于多孔氧化铝模板中的-Fe纳米线阵列作为磁性材料的微波无源器件。所设计的

7、环形器采用了微带线结构的传输线，其工作的中心频段为12GHz，插入损耗为-0.88dB，反射系数为-41.6dB，隔离度为-28.7dB，相对带宽达到了10%。所设计的隔离器采用了基片集成波导结构的传输线，它工作频段为9.1GHz~10GHz，插入损耗为-0.72dB~0.86dB,隔离度为-20dB~-31dB，驻波比约为1.1，相对带宽超过了9%。所设计器件的各项指标均达到了要求。更重要的是，受益于纳米线阵列结构自发磁化状态下的极高的剩磁比，以上两款器件均实现了自偏置，从而去除了某些基于磁性材料的微波器件所必须的永磁体(用于提供偏置场)，大大的

8、降低了器件的体积和重量。关键词：磁性纳米材料，微磁学模拟，微波器件设计，自偏置IABSTRACTABSTRACTSomet