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1、兰州大学 硕士学位论文 磁性纳米结构的微磁学研究 姓名：张彬 申请学位级别：硕士 专业：凝聚态物理 指导教师：王建波 20100501 摘要 我们用微磁学模拟软件研究了磁性纳米结构的静态及动态磁特性，主要研究 体系包括环型和线阵列，具体内容和方法如下： 对于环型体系主要研究了三种不同尺寸的体系：1 ) 外半径小的坏体系( 外半 径R = 1 0n n l ，内半径r = 6l l l n ，厚度L = 2 5 0 0n m ) ，主要研究其剩磁状态为轴向态 的磁化翻转过程及高频磁特性随体系厚度的变化。我们分别用软件模拟和基泰尔 公式及环的退磁因子计算了体系的磁谱，结果显示磁化率虚部主要由低频和
2、高频 两个共振峰组成，发现当L 小于或大于某一值时，体系的低频共振峰或高频共振 峰的频率值与基泰尔预测的结果相吻合。而当L 不在这个范围变化时，其体系的 共振峰均偏离基泰尔结果。进一步计算了两个共振频率和它们各自的峰强的加权 平均共振频率，得到的结果在整个研究的体系中都与基泰尔预测基本保持一致， 我们还讨论了不同的磁性参数对两个共振峰的影响。此外，对于相同尺寸下直角 棱柱和圆柱体系的结果进行对比。2 ) 外半径较小的环体系( R - 1 5n m ，r = 9n m ， t = 2 3 5n m ) ，主要研究其不同剩磁状态的相变及共振频率的变化。体系的最稳 态随体系厚度的变化依次为：水平态、
3、涡旋态、( H 态) 和轴向态。研究了不同 剩磁状态下坏体系的磁谱及其对比分析。3 ) 外半径较大的坏体系( R - t o on m ，r = 5 0 n m ，t = 1 0 2 0 0n m ) ，主要研究剩磁状态为涡旋态的环体系的磁谱特性( 共振频率、 个数和强度) 及局域共振峰的识别。当环体系的厚度较小时，环体系只出现一个 共振峰对应于体共振模式；当环体系的厚度较大时，体系共振峰的个数增多，包 括对应于表面模式的低频共振峰，边缘模式的高频共振峰以及对应于表面和体模 式的混合模式的更高频共振峰。 对于纳米线阵Y U ( 2 0 5 0 0 5 0 0n m 3 ，半径R = 1 0n
4、m ，长度L = 5 0 0n m ，间距 d = 2 5 3 0n m ) ，研究了不同线根数、剩磁状态和线问距对于偶极相互作用的影 响，通过改变偶极相互作用的强度和方向来调节体系的共振频率。由于所研究一 维纳米线阵列体系的空间不对称，我们分别在两个方向施加激励场进行结果对 比。此外，我们还从理论上分析不同剩磁状态对于偶极相互作用的影响及偶极相 互作用等效场的空间不对称。 摘要 A b s t r a c t S t a t i ca n dd y n a m i cm a g n e t i cp r o p e r t i e so fn a n o s t r u c t u r e
5、s ，s u c ha s ：r i n g ，d o t ， p r i s m ，a n d w i r e s a r r a y s ，a r e s t u d i e du s i n gt h r e e - d i m e n s i o n a lm i c r o m a g n e t i c s i m u l a t i o n s T h r e em a i n l yd i f f e r e n ts y s t e m so fr i n ga r es t u d i e d ：1 1t h es m a l l e ro u t e rr a d i u
6、 so f r i n g , i e ，o u t e rr a d i u sR = 1 0h a l ，i n n e rr a d i u sr = 6m n ，t h i c k n e s sL = 2 5 0 0n n l T h e e m p h a s i si sp l a c e do nt h ee f f e c to fr i n gt h i c k n e s so nt h em a g n e t i z a t i o nr e v e r s a la n d d y n a m i cs u s c e p t i b i l i t ys p e
7、c t r ao ft h eo u t - o f - p l a n es t a t e T h ei n v e s t i g a t e ds y s t e m s s h o wt w om a j o rr e s o n a n c em o d e sa s s o c i a t e dw i t hv o l u m ea n ds h a p er e s o n a n c em o d e s ， c o r r e s p o n d i n gt ot h el o w a n dt h eh i g hr e s o n a n c ef r e q u
8、e n c y ，r e s p e c t i v e l y W h e nLi s b e l o wL c ，o n l yt h es h a p er e s o n a n c em o d ei ss e e nw i t haf r e q u e n c yp r e d i c t e du s i n gt h e K i t t e l Se q u a t i o na n dd e m a g n e t i z a t i o nf a c t o rc a l c u l a t e df o ra r i n g A ts u f f i c i e n t
9、 l yl a r g e L ，t h ef r e q u e n c yo ft h ev o l u m em o d ec o n v e r g e st ot h a to ft h eK i t t e lp r e d i c t i o n F o r o t h e rl e n g t h s ，h o w e v e r ，n e i t h e rt h el o wr e s o n a n c ef r e q u e n c yn o rt h eh J I g hr e s o n a n c e f r e q u e n c ya g r e e sw
10、i t ht h eK i t t e l Se q u a t i o n Aw e i g h t e da v e r a g er e s o n a n c ef r e q u e n c y f a ( i ) t h a tc o n t a i n st w om a j o rm o d e si si n t r o d u c e da n ds h o w st h es a m et r e n da st h e r e s u l t sp r e d i c t e db yt h eK i t t e l Se q u a t i o nf o ra l l
11、l e n g t h s T h ef r e q u e n c i e so fv o l u m e a n ds h a p er e s o n a n c em o d e sh a v ea l s ob e e ni n v e s t i g a t e db yc h a n g i n gt h ee x c h a n g e s t i f f n e s sc o n s t a n t0 ) a n dt h es a t u r a t i o nm a g n e t i z a t i o n ( 肛) M o r e o v e r , t h er e
12、 s u l t so f r i n g ，p i l l a r , a n dp r i s mh a v eb e e nc o m p a r e d 2 ) T h es m a l lo u t e rr a d i u so fr i n g ，i e ， R = 1 5a m ，r = 9a m ，t = 2 3 5n n l T h e r ea r ef o u rs t a t e sf o rr i n g sd e p e n d i n go nt h e t h i c k n e s s ：i n - p l a n e ，v o r t e x ，H ，a
13、n do u t - o f - p l a n es t a t e s E f f e c to fd i f f e r e n ts t a t e so nt h e d y n a m i cs u s c e p t i b i l i t ys p e c t r ao fr i n g si sf u l l yd i s c u s s e di nt h i ss e c t i o n 3 ) T h el a r g e o u t e rr a d i u so fr i n g ，i e ，R = 1 0 0n n l ，r = 5 01 1 1 1 1 ，t =
14、 1 0 2 0 0n n l T h em a i nf e a t u r e so f s p e c t r a ( n u m b e ro fr e s o n a n c e s ，f r e q u e n c i e s ，a n di n t e n s i t i e s ) h a v eb e e ni n v e s t i g a t e d a n ds p a t i a lm a p so ft h es u s c e p t i b i l i t yh a v ee n a b l e di d e n t i f i c a t i o no fv
15、a r i o u sr e s o n a n c e m o d e s ，i n c l u d i n gs u r f a c e ，v o l u m e ，e d g e ，a n dm i x e de d g ea n dv o l u m em o d e s M a g n e t o s t a t i ci n t e r a c t i o na n dd y n a m i cs u s c e p t i b i l i t i e so fp e r m a l l o yn a n o w i r e s a r r a y s ( 2 0 x 5 0 0
16、x - 5 0 0n m j ，R = 1 0n n l ，L = 5 0 01 1 1 1 1 ，d = 2 5 3 0n m ) h a v eb e e ns t u d i e d u s i n gm i c r o m a g n e t i cs i m u l a t i o n s B yc h o o s i n gd i f f e r e n ti n t e r w i r ed i s t a n c e s ，r e m a n e n t s t a t e s ，a n dt h ee x c i t i n gf i e l dd i r e c t i o n ，t h ee f f e c t so fm a g n e t o s t a t i ci n t e r a c t i o no n r e s o n a n c ef r e q u e n c i e sa r ei n v e s t i g a t e di nd e t a i
