磁性颗粒静磁相互作用对磁反转影响的研究.pdf

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1、第36卷1期Journa安lof徽An师hu范iNo大rm学alU学ni报vers(it自y然(N科at学ur版al)Science)Vo1．36No．12O13年1月Jan．20l3磁性颗粒静磁相互作用对磁反转影响的研究葛泽玲，郑勇林，2(1．长江师范学院物理学与电子工程学院，重庆408100；2．成都大学电子信息工程学院，四川成都610106)摘要：建立了二维磁性颗粒膜系统的物理模型，应用能量最小原理计算了磁性颗粒的平均磁矩，讨论了系统的铁磁序及反铁磁态(AFM)、铁磁态(FM)和顺磁态(PM

2、)存在的范围和由AFM向FM转变的条件．研究表明：对于磁性颗粒浓度较小(v／a3≈0．05)的纳米级的铁磁颗粒膜系统，其临界温度丁，≈200K．而当在丁<丁r且z-1=2y2时，发生由AFM向FM态的相转变；当T>且-I=2y2T／丁c时，发生FM向PM的相转变；"-3T=Tc且I，z≤2y2时，发生由AFM态向PM态的转变．这一性质在低温传感嚣研究领域具有重要的现实意义．关键词：磁性颗粒膜；颗粒磁矩；铁磁、反铁磁态和顺磁态；磁有序中图分类号：0484．4文献标识码：A文章编号：1001—2443

3、(2013)01—0041—05目前有文献_1、2J对磁性颗粒膜的巨磁电阻及其它一些性能进行了研究，文献【卜J还指出磁性颗粒膜系统由于颗粒的静磁相互作用在磁反转中扮演了重要角色，并计算了反铁磁耦合与相互作用场和颗粒间尺度d及颗粒间距离的关系．预言粒径小于3m时为反铁磁序，而粒径大于4m为铁磁序．文献【6]利用简单的共沉积和退火还原工艺在石墨薄片上均匀沉积了铁钴镍磁性合金粒子．样品静磁性能与吸波性能的测试结果表明，此类材料具备优异的软磁性能和电磁波吸收性能．但上述研究对系统的能量、颗粒平均磁矩及铁磁

4、(FM)、反铁磁(AFM)、顺磁(PM)之间的转变条件等问题未作研究．为此，本文将从有序磁性颗粒膜系统的能量、颗粒平均磁矩出发，讨论铁磁(FM)、反铁磁(AFM)、顺磁(PM)之间的转变条件及存在范围．1模型文献7、8J给出的颗粒膜系统是在如图1所示的平面上，用标准平面照相制版技术方法在非磁性金属(如：Cu、Ag)基底上周期性规则地光刻磁性颗粒．直径为2m的颗粒间距约4／zm形成周期性的正方形点阵列．为了研究这种系统能量和磁有序状态，将薄膜视为OXY平面，其法线为OZ轴正向，Fe或Ni等磁性颗粒均

5、匀规则的分布于平面上，组成边长为a的准二维正方点阵，颗粒间充满Cu或Ag等非磁性金属，颗粒为薄园柱形，其厚度l1远小于颗粒园盘直经d1，园盘面与OXY平面平行、颗粒磁矩为Mi，体积=／4，磁化强度为／．在纳米尺寸条件下，颗粒处于单磁畴态，如果不考虑颗粒之间金属内传导电子的影图1方阵列的磁性颗粒膜系统响，那么，从能量角度讲，颗粒磁矩只有形成如图2所示的磁性链时，系Fig．1Themagneticpleetmern]3rsne统才是稳定的．这种状态称为反磁性态(AFM)，其特点是无总磁矩，且syste

6、mofasquarearray存在方向相反的磁子系统，设沿x正向和负向的磁性颗粒数为N和N2总颗粒数为N．则N1+N2=N．由于颗粒间金属Cu等存在大量的传导电子，自旋磁矩被颗粒磁矩作用而被极化，导致传导电子系统(称为模块)也具有磁化强度m(x)，整个系统(磁性颗粒+模块)的磁性就由磁性颗粒和传导电子系统的磁性共同决定，设传导电子自旋密度函数为收稿日期：2012—07—15基金项目：重庆市教委科学技术研究项目(KJ061305，KJ081307)；长江师范学院科研项目(077kg41)．作者简介：

7、葛泽玲(1975一)，女，四川富顺人，讲师，方向：近代物理实验、凝聚态表面复合材料研究．通讯作者：郑勇林(1957一)，男，重庆人，教授，研究方向：近代物理实验、凝聚态表面复合材料研究．引用格式：葛泽玲，郑勇林．磁性颗粒静磁相互作用对磁反转影响的研究[J]．安徽师范大学学报：自然科学版，2013，36(1)：41—45．42安徽师范大学学报(自然科学版)2013芷=则模块磁化强度m()的a分量(a=x，，z)为m(z)=zB~，这里Ga为泡利矩阵，为玻尔磁子．显然，(r)的状态会影响Tn(r)，进

8、而影响整个系统的磁序状态．2系统的能量磁性颗粒膜这个系统的能量E为颗粒的静磁能E、模块的磁能E、模块与颗粒磁化强度之间的交换相互作用能E之和，即E=E+E+E(2)图2薄园柱磁颗粒二维格子的磁序设i和J颗粒磁矩的a、卢分量为，连接这两个颗粒中心的位Fig．2ThemagneticchainstateON置矢量r颗粒体积分别为、，交换作用常数为(r)，在第athe(OXY)coordinateplanc方向颗粒的退磁系数为咒，则E=一告∑∑(rij)懈+2丌∑∑[na()／v](3)