【摘 要】
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软磁材料的磁性能会受到与之临近材料的影响而发生变化,研究周围材料对纳米晶(FINEMET)条带的影响是非常有必要的,而磁偶极相互作用是调控磁性材料内在属性的核心物理机制之一,所以研究磁偶极相互作用的变化规律以及对软磁材料磁学性能的影响是非常有意义的。因此本论文以磁偶极相互作用为出发点,在理论公式的指引之下,构建理论模型并分析几何因子(K)与磁偶极相互作用的基本关系,同时证明了巨磁阻抗效应(GMI)
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软磁材料的磁性能会受到与之临近材料的影响而发生变化,研究周围材料对纳米晶(FINEMET)条带的影响是非常有必要的,而磁偶极相互作用是调控磁性材料内在属性的核心物理机制之一,所以研究磁偶极相互作用的变化规律以及对软磁材料磁学性能的影响是非常有意义的。因此本论文以磁偶极相互作用为出发点,在理论公式的指引之下,构建理论模型并分析几何因子(K)与磁偶极相互作用的基本关系,同时证明了巨磁阻抗效应(GMI)和磁滞回线法(Hysteresis Loop)是一种非常有用的研究磁相互作用的方法。继而设计和制备了单层、双层以及三层的纳米晶复合结构条带,探讨了磁偶极相互作用对复合条带的磁各向异性场、峰位场、平台终点场、矫顽力、磁化率、灵敏度以及磁性能的影响。本论文的基本框架是:第一章介绍纳米晶软磁材料及复合结构、磁相互作用和巨磁阻抗效应的理论基础;第二章阐述材料制备和表征技术,主要是采用单辊熔融快淬法、化学气相沉积法(CVD)、化学镀法、磁控溅射法以及与热处理和氢气退火工艺相结合的方法制备了多种纳米晶复合结构条带;第三章采用具有横向磁结构的纳米晶条带构建磁偶极相互作用模型,分析了基准(Probe)纳米晶条带与偶极(Dipole)纳米晶条带之间的磁偶极相互作用,探讨了几何因子与磁偶极相互作用之间的关系;第四章是纳米晶/磁性层(FINEMET/Fe10Co90)复合条带的磁性能研究,分析了复合条带的峰位场、磁各向异性场、磁化率、矫顽力与Fe10Co90层厚度之间的变化规律,并从磁偶极相互作用的角度合理解释了其内在物理机制的变化规律;第五章是纳米晶条带/石墨烯(graphene,简称G)/磁性层复合结构(FINEMET/G/Fe10Co90)条带的磁性能研究,通过改变石墨烯层数和Fe10Co90层的厚度,研究几何因子对纳米晶复合条带磁性能的影响,同时采用磁偶极相互作用、电磁相互作用及应力共同竞争模型解释其峰位场、磁各向异性场、矫顽力的变化规律。最后是总结与展望。本论文主要研究内容和结论如下:1.纳米晶条带中的磁偶极相互作用(1)在基准Probe纳米晶条带周围平行并排多根偶极Dipole纳米晶条带时,其磁阻抗曲线中的峰位场(Hp)和平台终点场(Hend)随着Dipole条带根数的增多呈现出线性增大的趋势,这是由于磁偶极相互作用线性地叠加在了基准Probe纳米晶条带的峰位场和平台终点场上的缘故。(2)当基准Probe条带的驱动频率在200 k Hz~80 MHz范围变化时,基准Probe条带的平台终点场并不发生明显变化,但基准Probe条带的峰位场在频率为40MHz以后则急剧增大,这是因为其磁化过程受到补偿场(Hcom)、涡流损耗、转动阻尼共同影响的结果。2.纳米晶/磁性层复合结构中的磁偶极相互作用(1)在纳米晶条带的光滑表面(smooth surface)溅射不同厚度Fe10Co90层并形成FINEMET(smooth surface)/Fe10Co90复合条带,当Fe10Co90层厚度在10 nm至60 nm变化时,复合条带的磁各向异性场呈现出先减小后增大的变化趋势,这与纳米晶条带和Fe10Co90层之间的磁偶极相互作用和应力之间的竞争有关。(2)在同样厚度Fe10Co90磁性层的情况下,FINEMET(twin surface)/Fe10Co90条带的峰位场小于FINEMET(smooth surface)/Fe10Co90和FINEMET(rough surface)/Fe10Co90条带的峰位场,这是因为FINEMET(twin surface)/Fe10Co90复合条带中粗糙面(rough surface)的Fe10Co90磁性层和光滑面(smooth surface)的Fe10Co90磁性层都与FINEMET条带同时存在磁偶极相互作用的缘故。3.纳米晶条带/石墨烯/磁性层复合结构中的磁偶极相互作用(1)在同样石墨烯(G)层数量的前提下,当Fe10Co90磁性层的厚度在10 nm至60 nm变化时,FINEMET/G/Fe10Co90[t]复合结构条带的峰位场呈现出先减小后增大的变化规律。这是由于FINEMET条带和Fe10Co90磁性层之间存在磁偶极相互作用以及磁弹性能共同作用结果。(2)在控制Fe10Co90磁性层厚度不变的情况下,随着石墨烯层数量的增加,复合结构FINEMET/GN/Fe10Co90条带的磁各向异性场增大、磁化率降低、矫顽力增大。这是因为磁偶极相互作用变小,以致对复合结构条带的调控作用变得越来越弱的缘故。(3)磁偶极相互作用对FINEMET/G/Fe10Co90复合结构条带的磁化反转机制没有明显的调控作用,原因在于复合条带的磁化反转机制主要是因为退磁场占据主导作用,磁偶极相互作用为次要因素的缘故。
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