论文部分内容阅读
本文工作分为两部分。第一部分为强磁场下顺磁性物质的磁和磁光特性的研究,第二部分为低功耗MnZll铁氧体材料的研制。
近年来,实验研究发现,磁性材料在强磁场条件下出现了一些新颖的磁和磁光特性,诸如顺磁性物质的磁饱和特性,Faraday磁光效应的温度和非线性特性,Faraday旋转的“不饱和性”和特殊的Faraday磁光谱特性等,目前关于这些磁和磁光特性的理论工作明显滞后于实验研究。
本文首先应用经典理论解释了强磁场下顺磁性氟化钕NdF<,3>的磁特性。对不同温度下顺磁性NdF<,3>的磁化强度随外磁场的变化进行了理论拟合。研究表明,NdF<,3>在顺磁状态下磁性离子之间的交换作用不能忽略,且交换作用系数随温度的变化而变化。
接着,从量子理论出发,采用严格求解哈密顿量的方法,讨论分析强磁场下顺磁性ErGaG和NdGaG的磁化微观机制。考虑了晶场作用、自旋.轨道耦合、(间接)交换作用、多重项耦合对ErGaG和NdGaG磁特性的影响,定量计算了强磁场下顺磁性ErGaG和NdGaG材料的磁饱和特性,理论计算和实验结果吻合很好。理论研究表明,顺磁性ErGaG和NdGaG内部稀土离子之间的间接交换作用对其磁化影响较大,因而计算中不可忽略,且在ErGaG中交换作用显示了很强的各向异性。本文研究发现多重项耦合对ErGaG的磁特性影响较小,而对NdGaG材料磁化的贡献较大。并且,文中分析了NdGaG磁化的温度特性,得到了温度高于100K时NdGaG磁化满足居里一外斯定律,计算结果与实验吻合很好。
最后,研究了强磁场下顺磁性物质磁光效应的非线性和互易性。首先从经典磁光理论出发,考虑顺磁性物质中的交换作用,推导了强磁场下光通过顺磁性物质所引起的比法拉第旋转θ<,F>随外磁场H<,e>的变化关系。理论表明,在弱磁场下,θ<,F>与H<,e>成线性关系;外磁场较强时,θ<,F>与H<,e>成复杂的非线性关系,且法拉第磁光效应存在着互易性。文中亦研究了低温强磁场下顺磁性NdF<,3>的法拉第磁光效应,证实了NdF,3>的V<,P>/X在温度为18K和100K左右处分别出现最大值和最小值。其次,从量子理论出发,应用基态双能级模型,研究了强磁场下顺磁性物质法拉第效应的非线性和互易性,并详细分析了影响法拉第效应非线性和互易性的因素。本文第二部分主要关于低功耗MnZn铁氧体的研制。随着世界软磁铁氧体生产中心向亚太地区转移,我国功率铁氧体研究也得到了快速发展,但其研究水平与日本、欧美等发达国家相比仍有一定差距,因此,加大对高性能功率铁氧体新材料研发力度、缩短新材料研发周期已成为我国软磁材料研究工作者的共识。
本文详细研究了铁氧体的制备工艺,分析了烧结过程中的物理和化学变化以及温度和气氛控制。介绍了组合合成和高通量筛选技术,以及该技术在新材料研制领域中的技术优势。首次提出了应用组合合成和高通量筛选技术研制低功耗MnZn铁氧体材料的方法和技术思路。应用该技术,本文在较短时间内,成功研制了磁性能较为优越,能使用于较宽频率范围,并具有较好宽温特性的低功耗MnZn铁氧体材料。
本文还探讨了功率MnZn铁氧体的损耗机制,分析了不同掺杂对低功耗MnZn铁氧体功耗的影响,研究了掺杂对功率铁氧体居里温度的影响以及将原材料Fe<,2>O<,3>和Mn<,3>O<,4>作为添加物对铁氧体性能的影响。烧结是功率铁氧体研制过程中极为重要的一个环节,本文研究了样品摆放方式以及烧结温度的选择对低功耗掺杂铁氧体性能的影响。最后,文中给出了实验所使用的最佳烧结温度曲线和气氛控制曲线,以及应用组合合成和高通量筛选技术研制的低功耗掺杂铁氧体材料的性能特征。