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纳米磁性材料的特性不同于常规的磁性材料,其原因在于与磁性相关联的特征物理长度恰好处于纳米量级,例如:磁单畴尺寸,超顺磁性临界尺寸,交换作用长度,以及电子平均自由路程等大致处于1-100nm量级。当磁性体的尺寸与这些特征物理长度相当时,就会呈现反常的磁学性质。近年来,随着对纳米尺度物质磁性质研究的不断深入,人们对纳米尺度的磁性体系中各种不同形式的磁-力耦合效应进行了一些新的探索和研究,如铁磁共振谱的力学探测、纳米磁-力耦合体系中的耦合磁性振动模式、纳米力学电流驱动的磁矩翻转效应,等等。这些磁-力耦合效应有可能为纳米尺度的磁性调控提供一些新的途径和方法。
另外,颗粒磁矩的动态翻转特性是开发研制磁性存储器、磁传感器、磁探测器等器件的重要课题。因此,对于磁性纳米颗粒磁矩的动力学效应的研究具有突出的理论及实际意义。而且磁化强度取向的稳定性及翻转快慢将直接影响到磁存储器的性能。因而,研究纳米颗粒体系的磁学性质,不仅在理论上有重要的学术价值,同时也为实际应用提供可行的方案,是凝聚态物理和纳米磁学的前沿课题。
本论文的工作主要分为两个部分:
(1)基于Landau-Lifshitz-Gilbert方程,从理论上研究了当一个纳米磁体处于高速旋转态时其磁化强度的变化,得出了几种不同的定态解并详细分析了各种不同的定态解在不同情况下的稳定性。根据本文的理论分析所进行的理论估算表明,当一个纳米磁体处于高速旋转状态时,其磁化强度的变化是可以利用目前的实验技术观测到的。
(2)研究了旋转磁场作用在磁性纳米颗粒体系中引起的动力学效应。利用确定的Landau-Lifshitz方程和合适的旋转坐标系,导出表征纳米颗粒磁矩的稳态进动的方程并且研究了一个对应于这种运动类型的稳定性判据。在这个基础上,研究了旋转磁场对小角度进动的稳定性的影响、纳米颗粒体系的动态磁化强度以及在旋转磁场作用下的磁矩的转动。
本论文总共分为四章,具体安排如下:
在第一章绪论,将主要讲述论文的研究背景、意义等。
本论文第二章将对纳米磁体旋转过程中磁化强度的变化进行了研究,我们将主要论述相关背景以及理论模型和计算方法,也包括相关结果及讨论。
在第三章中我们将对纳米磁体在旋转磁场作用下的磁矩进动效应进行研究,其中包括相关背景和理论模型的介绍,并且还针对磁矩的动力学效应进行相关计算及结果分析。
在第四章中对本论文的内容进行了总结。