纳米磁性材料的交换耦合相互作用、有效各向异性和磁性能.pdf

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1、!第!"卷!第#期!$%%"年#月I!$"专题评述"纳米磁性材料的交换耦合相互作用!有效各向异性和磁性能"高汝伟!韩广兵!孙!艳!冯维存!韩百萍!刘!敏山东大学物理与微电子学院!济南!"#$##摘要!!介绍了纳米磁性材料中晶粒之间交换耦合相互作用的模型和理论!指出了早期理论与实验的差别及不足之处!重点评述了关于纳米复合永磁材料相成分和晶粒微结构与有效各向异性及磁性能关系的理论改进8关键词!!纳米磁性材料!交换耦合相互作用!微结构!有效各向异性!磁性能!!纳米磁性材料通常是由非晶材料"如用快淬法寸越小!交换耦合作用越显著8一些研究者采用简%$&制备的非晶薄带$经退火处理

2、形成!或者降低冷化理论模型近似代替实际晶粒微结构研究其磁性能%!&却轮的转速!直接快淬得到纳米磁性材料8有人的变化规律8以下简要介绍&种有代表性的简化模采用氢化%歧化%解吸%再结合工艺"<=610>9;,?-0;%型8%&&6-5@10@01?-0;%69501@?-0;%19:0+3-;,?-0;!ABBC$!"!!一维简化模型制备纳米磁性材料8纳米软磁材料具有优异的软磁%)&DE0+5E-的一维模型把纳米复合材料简化为性能!得到了广泛应用8人们开展了纳米单相及复由软’硬磁性相相互相间隔构成多层膜结构"图合永磁材料的研究!希望得到硬磁性能更好的永磁%"&材料8本文评

3、述了纳米磁性材料中晶粒之间交换耦$",$$8F;9..91的一维模型如图$"3$所示!软合相互作用的模型和理论!重点介绍了有关相成分"+$’硬"E$磁性相的宽度分别为!+和!E8一维模和微结构与有效各向异性及磁性能理论的改进8型只在一个方向上具有纳米尺寸!适合于纳米多层膜的研究8!!纳米磁性材料交换耦合相互作用的模型与理论!"#!二维简化模型%’&D:<19G7.等提出的二维模型把晶粒理想化为!!当两个相邻磁性晶粒直接接触时!界面处不同正六角形粒子!在此平面内具有纳米尺寸8二维模取向的磁矩产生交换耦合相互作用!阻止其磁矩沿型比一维模型更加接近纳米颗粒的实际情况!更为各

4、自的易磁化方向取向!使界面处的磁矩趋于平行完善的模型应考虑&个维度的变化8排列!沿外磁场方向的磁矩分量增加!产生剩磁增强效应8交换耦合作用使界面处的有效各向异性减!"$!三维简化模型%(&小8交换耦合作用的影响范围为纳米量级8晶粒尺H7E7;,>,提出的三维简化模型假设材料由混!!##"%$!%&#收稿!!##’%#!%!#收修改稿!"国家自然科学基金"批准号#"#&($#)’$和高等学校博士学科点专项科研基金"批准号#!##)#)!!#$!$资助项目!*%+,-.#/,012304!56789678:;!第!"卷!第#期!$%%"年#月I!!乱取向的立方体晶粒构成8

5、冯维存等%J!I&把立方体*&+$&"#("$&(!或*&+$&)’(%&$94$(#’晶粒分为两部分!界面处厚度为"94(!的表面层存"!$在交换耦合作用!晶粒内部不存在交换耦合作用"图!",$$8韩广兵%$#!$$&把晶粒简化为球体!直径分!!根据A91K91理论!纳米软磁材料的各向异性和矫顽力随#的减小呈#’关系下降!磁导率呈#’别为#和#的软’硬相球状晶粒可分为存在交换5<耦合作用的球壳和不存在交换耦合作用的球心部分关系增加!具有优异的软磁性能!理论与实验符合"图!"3$$8实际的晶粒既不是立方体形状!也不是很好’球形8但三维模型比一维和二维模型更接近晶粒的#

6、"#!纳米单相硬磁材料的交换耦合相互作用与磁实际结构8性能随着晶粒尺寸#的减小!纳米单相硬磁材料交换相互作用增强!有效各向异性减小!剩磁增强!%$&&矫顽力下降’H-5:<91等采用畴壁厚度表示硬相的交换耦合长度"94$(!!"&$"94$""%(&$$图!!纳米磁性材料结构的一维简化模型%$)&/1-GG-?<5等计算出L6!H9$)M相的"94N)8!;+8",$多层膜结构模型%)&)"3$F;9..91的一维模型%"&纳米晶粒尺寸一般大于$#;+!满足#%"的条件!94按照A91K91理论!*&+N&$!各向异性和矫顽力%$"&不应明显下降!其结论与实验结果不符

7、8O1:,5提出了部分交换作用理论对其进行了改进8$!纳米复合永磁材料交换耦合相互作用的理论$"!!纳米复合永磁材料交换耦合相互作用的早期图#!纳米磁性材料的三维模型理论",$立方体结构模型%J!I&)"3$球状结构模型%$#!$$&"$$DE0+5E-%"&根据一维多层膜模型!把纳米复合永磁材料的有效各向异性常数表示为#!纳米单相磁性材料交换耦合相互作用的理"")$&")$")$6)$*&")$+$论&9GG$&!$!$#"!!单相软磁材料的交换耦合相互作用与有效各*5&5+*<&