动态悬臂梁测磁学研究:超越单轴磁各向异性

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磁性材料与我们的生活息息相关。而纳米磁性材料,因为其在生物医药,磁传感,磁成像以及高密度磁存储等方面的应用,引发了大家的广泛关注。为了更好的达到应用目标,我们需要完整研究这些纳米磁性样品的磁性质。已有的商业仪器,如超导量子干涉器件(SQUID),振动样品磁强计(VSM)等,受限于灵敏度,无法测量单个的纳米磁性样品。动态悬臂梁测磁学,作为近年来才出现的一种新的测磁学方法,因为其高灵敏度,对样品形貌无要求,适用温度范围广等特点,被认为是测量单个纳米磁性样品的有效手段。然而,已有的理论模型仅能用于处理具有单轴磁各向异性样品的实验结果,对于非单轴样品,则只能进行一些简单的定性分析。这极大的限制了动态悬臂梁测磁学的发展。本文中我们提出了一种新的方法来处理动态悬臂梁测磁学数据,利用该方法我们得到了具有复杂各向异性样品CoFe2O4纳米金字塔的各向异性并分析了其物理来源。我们认为这个新的模型拓展了动态悬臂梁测磁学的应用范围,对动态悬臂梁测磁学的发展起到了一定的推动作用。本文主要分为下面四个部分:前三章的内容主要为背景回顾、方法介绍、文献综述。第一章我们介绍了悬臂梁测磁学的发展历史,提出了它存在的问题。而在第二章中我们首先介绍了一些已有的磁性材料测量技术,然后引入悬臂梁测磁学,比较了它与已有测磁学方法的优缺点。随后我们介绍了悬臂梁测磁学的原理、分类以及已有的一些理论模型。最后我们介绍了悬臂梁测磁学的常见的实验装置。在第三章中我们则对悬臂梁测磁学的已有工作进行了归纳总结,让大家了解悬臂梁测磁学可以用于解决什么样的磁学问题,同时通过文献介绍提出了动态悬臂梁测磁学目前最大的问题所在。第四章中,我们用动态悬臂梁测磁学方法测量了两个不同形状钴纳米片,验证了已有的单轴模型对不同形状样品的适用性。结果表明,对于圆形的纳米盘,单轴模型依然适用;而对于不具有旋转对称性的矩形纳米片,单轴模型已经不再适用。对于只有形状各向异性的纳米片样品,已有的模型就已经失效,这意味着未来如果我们想利用动态悬臂梁测磁学测量更复杂的非单轴磁各向异性的样品,必须抛弃已有的单轴模型,找到新的方法来处理实验结果。第五章中,我们用动态悬臂梁测磁学测量了 CoFe2O4纳米金字塔。最重要的是,我们放弃了传统的理论模型,提出了一种新的方法来处理这个具有复杂各向异性的样品,不仅得到了样品的磁各向异性组成和具体数值,还分析了各向异性的物理来源以及样品三个磁化方向的磁化过程。这是国内外首次利用动态悬臂梁测磁学测量非单轴各向异性样品的磁各向异性。同时,该方法也拓展了动态悬臂梁测磁学的适用范围。最后在第六章中,我们对我们已完成的工作进行了归纳总结,对未来动态悬臂梁的发展进行了展望。
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