纳米晶复合永磁材料的交换耦合相互作用和磁性能

本文介绍了纳米磁性材料晶粒交换耦合相互作用的有关理论。采用不同模型讨论了晶粒交换耦合相互作用对纳米单相软磁材料、永磁材料及双相复合永磁材料磁性能的影响。简述了用δM(H)曲线和不可逆磁导率的变化研究晶粒交换耦合相互作用及反磁化过程的方法。讨论了合金成分配比、添加元素、制备及热处理工艺对磁体硬磁性能的影响。从理论和实验两方面分析、研究了纳米复合永磁材料的反磁化过程和矫顽力机制。     

NdFeB纳米复合永磁材料的交换耦合相互作用和有效各向异性

以Nd₂Fe₁₄B/αFe为例，采用立方体晶粒结构模型，研究了纳米复合永磁材料中不同磁性晶粒间的交换耦合相互作用和有效各向异性.纳米复合永磁材料的有效各向异性Keff等于软、硬磁性相各向异性的统计平均值，每个晶粒的各向异性由晶粒表面交换耦合部分和晶粒内部未交换耦合部分的各向异性共同确定.计算结果表明，软、硬磁性相晶粒尺寸分布显著地影响有效各向异性Keff的值.当软、硬磁性晶粒尺寸D相同时，Keff随晶粒尺寸和硬磁性相体积分数的降低而减小, 当D<20nm 时，K 关键词： 纳米复合永磁材料 交换耦合相互作用 有效各向异性 晶粒尺寸     

纳米复合永磁材料的有效各向异性与矫顽力

研究了纳米Nd2Fe14B/α-Fe复合永磁材料中晶粒交换耦合相互作用对有效各向异性的影响和变化规律.结果表明：晶粒之间的交换耦合作用使材料的有效各向异性Keff随晶粒尺寸的减小而下降、随软磁性相成分的增加而降低. 当晶粒尺寸 减小到4nm时，Keff值减小为其各自通常各向异性常数值的1/3—1/4.有效各向异性的变化特点与矫顽力的变化规律基本相同.纳米复合永磁材料矫顽力的降低主要由于有效各向异性的减小而引起. 关键词： 纳米复合永磁材料 交换耦合相互作用 有效各向异性 矫顽力     

稀土永磁薄膜材料

简要地介绍在纳米复合稀土永磁薄膜材料、各向异性稀土永磁薄膜材料方面的进展。在纳米复合稀土永磁薄膜材料中实现磁性交换耦合和剩磁增强效应，系统地研究了其结构与磁性的关系。制备成功高磁能积的各向异性稀土永磁薄膜材料，比较了Ti或Mo缓冲层对Nd-Fe-B薄膜的表面形貌、磁畴结构和磁性能的影响。发现薄膜的表面形貌强烈地依赖于缓冲层的厚度。由于它极大地影响薄膜的成分，溅射速率被证明是控制薄膜的显微结构、表面形貌和磁性能的一个重要因素。在微磁学模型的基础上，通过分析从5到300K的矫顽力温度依赖关系。研究了各向异性Pr-Fe-B薄膜的矫顽力机制。在晶粒表面，由于磁各向异性的降低和局域退磁场的提高导致的反转畴的形核被确定为控制各向异性Pr-Fe—B薄膜的磁化反转过程的首要机制。     

稀土永磁薄膜材料

简要地介绍在纳米复合稀土永磁薄膜材料、各向异性稀土永磁薄膜材料方面的进展.在纳米复合稀土永磁薄膜材料中实现磁性交换耦合和剩磁增强效应,系统地研究了其结构与磁性的关系.制备成功高磁能积的各向异性稀土永磁薄膜材料,比较了Ti 或Mo 缓冲层对Nd-Fe-B薄膜的表面形貌、磁畴结构和磁性能的影响.发现薄膜的表面形貌强烈地依赖于缓冲层的厚度.由于它极大地影响薄膜的成分,溅射速率被证明是控制薄膜的显微结构、表面形貌和磁性能的一个重要因素.在微磁学模型的基础上,通过分析从5到300 K的矫顽力温度依赖关系.研究了各向异性Pr-Fe-B薄膜的矫顽力机制.在晶粒表面,由于磁各向异性的降低和局域退磁场的提高导致的反转畴的形核被确定为控制各向异性Pr-Fe-B薄膜的磁化反转过程的首要机制.     

微米和纳米级微粒间的交换作用及其对磁性材料性能的影响

介绍了物质结构的三个不同层次（微观－原子之间；宏观－微米级颗粒之间；介观－纳米级晶粒之间）的交换相互作用，重点讨论了纳米磁性材料中的交换耦合相互作用与材料磁性能的关系。     

交换耦合相互作用对纳米晶粒各向异性的影响

研究纳米磁性材料晶粒间的交换耦合相互作用,提出适合各种耦合条件晶粒界面及表面处各向异性的表达式.结果表明:软、硬磁性相晶粒间的交换耦合相互作用降低了硬磁性相晶粒的各向异性,提高了软磁性相晶粒的各向异性.软硬磁性晶粒的平均各向异性先增加后减小,在某个晶粒尺寸值达到最大值,这种变化趋势与相关的理论及实验结果一致.硬硬磁性晶粒的平均各向异性随晶粒尺寸的变化趋势与相关的实验结果也一致.     

相分布和晶粒尺寸对Nd2Fe14B/ɑ-Fe纳米复合永磁材料矫顽力的影响

本文采用统计平均方法研究了软、硬磁性晶粒尺寸及相分布对Nd2Fe14B/α-Fe纳米复合永磁材料矫顽力的影响。计算结果表明：对于单相纳米硬磁材料，磁体矫顽力随着硬磁性晶粒尺寸的减小而降低；对于软、硬两磁性相组成的Nd2Fe14B/a-Fe纳米复合永磁材料，两相的随机分布将导致磁体矫顽力随硬磁性晶粒尺寸的减小呈现极大值。本文的计算结果还表明当硬磁性晶粒尺寸大于软磁性晶粒的最佳尺寸时(15nm)，具有多层膜结构的Nd2Fe14B/a-Fe纳米复合永磁材料将比两相随机分布时具有更大的矫顽力。     

纳米晶永磁Pr8Fe87B5反磁化机理研究

用熔体快淬法制备了Pr2Fe14B/α-Fe纳米复合永磁样品.测量了样品的起始磁化、反磁化过程、矫顽力和剩磁与外场的关系，以及样品的磁粘滞性.经分析认为材料的矫顽力主要由非均匀的钉扎机理决定，但由于交换硬化的软磁相的可逆转动使得这种反磁化机理不同于单相永磁材料的钉扎行为.磁粘滞性表明热激活主要源于硬磁相的不可逆磁化行为. 关键词： 纳米复合永磁 矫顽力 剩磁 磁粘滞     

磁性材料的磁结构、磁畴结构和拓扑磁结构

首先简要地介绍了磁性材料中磁结构、磁畴结构和拓扑磁结构以及相互之间的关系. 一方面, 磁畴结构由材料的磁结构、内禀磁性和微结构因素决定; 另一方面, 磁畴结构决定了材料磁化和退磁化过程以及技术磁性. 拓扑学与材料物理、材料性能的联系越来越紧密. 最近的研究兴趣集中在一些拓扑磁性组态, 如涡旋、磁泡、麦纫、斯格米子等. 研究发现这些拓扑磁结构的拓扑性质与磁性能密切相关. 然后从尺寸效应、缺陷、晶界三个方面介绍国际学术界在磁结构、磁畴结构和拓扑磁结构方面的进展. 最后介绍了在稀土永磁薄膜材料的微观结构、磁畴结构和磁性能关系、交换耦合纳米盘中的拓扑磁结构及其动力学行为方面的工作. 通过对文献的评述, 得到以下结论: 开展各向异性纳米复合稀土永磁材料的研究对更好地利用稀土资源具有重要的意义. 可以有目的地改变材料的微结构, 可控地进行磁性材料的磁畴工程, 最终获得优秀的磁性能. 拓扑学的概念正在应用于越来越多的学科领域, 在越来越多的材料中发现拓扑学的贡献. 研究磁畴结构、拓扑磁性基态或者激发态的形成规律以及动力学行为对理解量子拓扑相变以及其他与拓扑相关的物理效应是十分重要的. 也会帮助理解不同拓扑学态之间相互作用的物理机制及其与磁性能之间的关系, 同时拓展拓扑学在新型磁性材料中的应用.     

复相Nd4.5Fe76.3Ga0.3Co1.0B18合金的结构与磁性

利用快淬法制备了Nd_4.5Fe_76.3Ga_0.3Co_1.0B₁₈非晶合金,晶化处理后获得主相为Fe₃B与Nd₂Fe₁₄B的纳米晶永磁材料.采用X射线衍射、透射电子显微镜及磁测量手段分析研究了材料的微观结构与磁性能,并通过测量磁体的δM曲线,研究了晶粒间的交换耦合作用及其与微观结构、磁性能的关系. 关键词：     

Nanocrystalline and nanocomposite permanent magnets by melt spinning technique

The melt-spinning technique offers an opportunity for tailoring magnetic properties by controlling the structures and microstructures in both single-phase and composite magnets. This review first broadly discusses the principle of cooling control, amorphization, crystallization, annealing, and consolidation of the melt-spun ribbons. The phase, microstructure,and magnetic properties of popular single-phase nanocrystalline magnets are reviewed, followed by the nanocomposite magnets consisting of magnetically hard and soft phases. The precipitation-hardened magnetic materials prepared by melt spinning are also discussed. Finally, the role of intergrain exchange coupling, thermal fluctuation, and reversible/irreversible magnetization processes are discussed and correlated to the magnetic phenomena in both single-phase and nanocomposite magnets.     

Dependence of microstructure and magnetic properties of FePt/B nanocomposite films on boron content

Compared with previous work, FePt/B nanocomposite films with larger B content in a wide range were prepared by magnetron sputtering plus subsequent annealing on Si (1 0 0) substrates. When the volume percentage is no less than 12%, both interstitial incorporation and intergranular segregation of the B are found, resulting an enlargement of the FePt lattice and a decrease of the FePt grain size. Effect of B content on magnetic properties, such as magnetization, switching field and exchange coupling of the FePt based films, is also discussed.     

磁性金属材料中交换耦合作用和自旋波的研究

基于交换耦合理论通常使用的近似分析的一般原理, 严格的分析了没有特定假设情况下的磁序范围或有关磁化密度的形式, 及在任何近似下提出一种关于耦合参数的计算方法. 并结合铁磁系统(磁性金属材料Gd, Fe, Ni), 定量的讨论了这种关系的适用范围, 也对自旋波和交换耦合进行了相关分析. 分析表明: 对于近邻磁性原子之间的交换耦合的计算以及在有限波矢量情况下对自旋波谱的计算都得到较为有意义的改进. 提出的交换耦合近似及自旋波谱的关系, 应用于铁磁系统时对近邻原子之间相互作用能给出较好的描述, 或对任何磁体中非完全局域磁化的自旋波谱较大波矢部分给出较合理的描述. 从磁性理论来看, 按照本文模型应用于磁学系统计算得到的结果与实验结果较好的符合.     

Soft and hard nanostructured magnetic materials

Tailoring of soft and hard magnetic materials can be performed by nanocrystallisation. Random anisotropy and intergranular exchange govern the macroscopic properties of nanocrystalline ferromagnets. The nature and topology of the intergranular region, matrix or grain boundaries, determine the degree of intergranular coupling. Important information about magnetic and topological properties of grain boundaries can be inferred from Mössbauer spectroscopy. The state of the art of those tailored materials is reviewed paying special attention to the correlation between nanostructure and macroscopic properties.     

The influence of planar defects on the coercive field of hard magnetic materials

Planar defects are found to act as strong pinning centres in hard magnetic materials. The interaction of the domain wall with planar defects is assumed to originate in a local perturbation of exchange coupling and crystalline anisotropy. The coercive field is calculated within the framework of micromagnetic continuum theory as well as with a discrete lattice theory which accounts for the interaction between the individual atomic spins. The theory has been applied to discuss the influence of grain boundaries and antiphase boundaries in the intermetallic compound Co₅Sm.     

纳米晶永磁材料晶间交换耦合作用的模拟计算研究

利用微磁学有限元法，模拟计算了单相和复相各向同性纳米晶磁体的起始磁化曲线、退磁曲线和回复曲线.验证了用δm(H)曲线的正峰值来衡量纳米晶磁体晶间交换耦合作用的有效性.计算 结果表明，纳米晶单相和复相磁体的晶间交换耦合作用都随晶粒尺寸的增加而降低，当晶粒尺寸过大时 复相磁体表现出两相行为，其δm(H)曲线出现了两个正峰值.分析表明，外场较小的正峰值是软磁相与硬磁相晶粒之间交换耦合作用的结果，而外场较大的正峰值是硬磁相晶粒之间交换耦合作用的结果. 关键词： 纳米晶永磁 晶间交换耦合 δm(H)曲线     

Improvement of the magnetic properties of Nd9.5Fe81Zr3B6.5 nanocomposite magnets by semi-melt spinning

Nd_9.5Fe₈₁Zr₃B_6.5 ribbons are prepared by single roller melt-spinning technique at 1150 °C which is in the solid and liquid coexistence zone. The phase evolution and magnetic properties were studied by X-ray diffraction, differential scanning calorimetry, transmission electron microscopy observations, and magnetization measurements. The experimental results show that in comparison to the ribbons quenching at higher temperature, the thickness of ribbons prepared at 1150 °C are insensitive to the wheel speed and an uniform nanoscale structure with fine grains can be obtained directly from the semi-melt and the exchange coupling interaction between the grains was enhanced for the nanocomposite permanent alloy which can contributed to excellent magnetic properties.     

Extracting intergranular exchange coupling in perpendicular magnetic recording media

A micromagnetic numerical technique has been used to demonstrate how intergranular exchange coupling and intrinsic anisotropy field dispersion can be extracted from measuring two types of M-H curves. A realistic grain configuration formed by planar Voronoi cells is used to simulate perpendicular magnetic media. This technique effectively separates the effects of intergranular exchange coupling and anisotropy dispersion by finding their correlation to differentiated M-H curves with different initial magnetization states, even in the presence of thermal fluctuation. The validity of this method is investigated with a series of intergranular exchange couplings and anisotropy dispersions for different media thickness. A relationship between the auto-correlation function of an ac-erased sample and dispersion of the exchange interaction is demonstrated. Utilizing magnetization auto-correlation functions, the magnetic intergranular exchange coupling statistics show a correlation with the auto-correlation function shape in terms of zero-cross and undershoot values.