W(110)基底上的铁纳米岛初始自发磁化态的微磁学模拟

用微磁学模拟研究W(110)基底上铁纳米岛的初始自发磁化态的磁畴结构,确定了不规则形状、椭圆形和矩形岛中不同磁畴态之间的各向异性常数的临界点,得到了纳米岛的磁化态作为各向异性常数和厚度函数的完整相图,相图中存在一较宽的过渡区,把双畴态与涡旋态和菱形态分开,过渡区两侧的边界是不确定的.计算结果表明,初始自发磁化态的磁畴结构主要由各向异性及岛的厚度决定,而且岛的边沿形状对涡旋态和菱形态的磁畴结构有重要影响.准确的铁纳米岛的各向异性常数仍有待于进一步确定. 关键词： 初始自发磁化磁畴结构 铁纳米岛 微磁学模拟 各向异性     

Finemet合金析出相α-Fe(Si)结构与磁性的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究Finemet合金中析出相α-Fe(Si)的晶体结构与磁性,探讨影响立方结构α-Fe(Si)相磁性能的各个因素. 从电子自旋角度出发,分别计算分析了不同比例的Si置换α-Fe超晶格中不同位置的Fe原子后α-Fe(Si)体系的磁性能. 计算结果表明,自旋态密度是影响磁性能的关键因素. 发现Si置换α-Fe超晶格顶角处Fe原子得到的体系比取代体心位置Fe原子的体系磁性要好. 由此可以得出结论,在一定的含量范围内,随着Si含量的增加,Si出现在α-Fe超晶格中顶角位置的概率增大,α-Fe(Si)相的软磁性能提高,与实验结果相符. 本文的研究工作有助于理解Finemet合金的磁性机理. 关键词： Finemet合金 磁性能 第一性原理 态密度     

消磁场对纳米铁磁线磁畴壁动力学行为的影响

为了实现基于磁畴壁运动的自旋电子学装置, 掌握磁畴壁动力学行为是重要争论之一.研究了在外磁场驱动下L-型纳米铁磁线磁畴壁的动力学行为. 通过微磁学模拟,在各种外磁场的驱动下考察了纳米铁磁线磁畴壁的动力学特性; 在较强外磁场的驱动下, 在不同厚度纳米线上考察了纳米线表面消磁场对磁畴壁动力学行为的影响. 为了进一步证实消磁场对磁畴壁动力学的影响, 在垂直于纳米线表面的外磁场辅助下分析了磁畴壁的动力学行为变化. 结果表明, 随着纳米线厚度和外驱动磁场强度的增加, 增强了纳米线表面的消磁场的形成, 使得磁畴壁内部自旋结构发生周期性变化, 导致磁畴壁在纳米线上传播时出现Walker崩溃现象. 在垂直于纳米线表面的外磁场辅助下, 发现辅助磁场可以调节消磁场的强度和方向. 这意味着利用辅助磁场可以有效地控制纳米铁磁线磁畴壁的动力学行为.     

不对称钴纳米环磁特性及涡旋态控制的蒙特卡罗模拟

利用Monte Carlo模拟方法研究不同外加磁场方向对不对称钴纳米环磁特性的影响.主要研究磁化反转过程中畴壁运动可控制机制、磁滞回线及涡旋态的形成.模拟结果表明:①不同的外加磁场方向对不对称钴纳米环在磁化反转过程中畴壁的运动和涡旋态的形成及稳定性有较大的影响;②可利用畴壁能的变化及外加磁场的方向控制纳米环畴壁的运动;③磁化反转过程中涡旋态的形成及稳定性存在明显的尺寸效应.     

纳米Cu/Al_2O_3组装体模板合成与光吸收

以有序的多孔氧化铝为模板,利用交流电在孔洞中沉积金属铜得到纳米Cu粒子/Al2O3组装体系.透射电镜观察显示随着交流电沉积时间的延长,孔洞中纳米Cu粒子数量增加.测量了纳米Cu粒子/Al2O3组装体系的紫外可见光吸收光谱,发现随着孔洞中纳米Cu粒子数量增加,纳米Cu粒子/Al2O3组装体系的吸收带边大幅度红移;根据雷利散射引起的消光增强解释了组装体吸收带边红移的原因.同时发现Cu粒子的表面等离子共振吸收峰消失及组装体在吸收带边区光吸收值满足间接带隙半导体光吸收边的表达式.     

多孔石墨烯纳米带各向异性和超低热导的理论研究

利用非平衡格林函数方法研究了多孔石墨烯纳米带的热输运性质.结果表明,由于纳米孔洞的存在,多孔石墨烯纳米带的热导远低于石墨烯纳米带的热导.室温下,锯齿型多孔石墨烯纳米带的热导仅为相同尺寸锯齿型石墨烯纳米带热导的12%.这是由于多孔石墨烯纳米带中的纳米孔洞导致的声子局域化引起的.另外,多孔石墨烯纳米带的热导具有显著的各向异性特征.相同尺寸下,扶手椅型多孔石墨烯纳米带的热导是锯齿型多孔石墨烯纳米带的2倍左右.这是因为锯齿型方向上声子局域比扶手椅型方向上更加强烈,甚至部分频率的声子被完全局域导致的.     

高应变率压缩下纳米孔洞对金属铝塑性变形的影响研究

本文利用分子动力学模拟方法研究了含纳米孔洞金属铝在[110]晶向高应变率单轴压缩下弹塑性变形的微观过程. 对比单孔洞和完整单晶的模型, 讨论了多孔金属的应力应变关系及其位错发展规律. 研究结果表明, 对于多孔模型的位错积累过程, 位错密度随应变的增加可大致分为两个线性阶段. 由同一个孔洞生成的位错在相互靠近过程中, 其滑移速度越来越小; 随着位错继续滑移, 源自不同孔洞的位错之间开始交叉相互作用导致应变硬化. 达到流变峰应力之后又由于位错密度增殖速率升高发生软化. 当应变增加到11.8%时, 所有孔洞几乎完全坍缩, 并观察到在此过程中有棱位错生成.     

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.     

磁粉的性能及其应用

 磁粉一般是指颗粒尺寸在1μm以下的单畴铁磁或亚铁磁性粉末.铁磁材料为了能处于最低的能量状态,在退磁状态下会分裂成许多磁畴.随着其尺寸的减小,不仅磁畴的数目减少,而且畴壁的厚度也小于大块材料的.由于畴壁厚度减小,其内部相邻电子自旋之间的夹角增大,使畴壁能量密度比大块材料的畴壁能量密度变大.因此,铁磁小颗粒为了减少总能量,就需要减少畴壁的数目.当磁粉尺寸小于某一临界尺寸以下,其内部所有原子的自旋方向都相互平行而成为单畴.单畴的临界尺寸主要决定于它的退磁能、各向异性能和交换能等的相互平衡.对一定的材料而言,它主要决定于颗粒的形状。一般铁磁单畴的临界尺寸在10-100nm范围.     

α-Fe纳米线阵列膜磁各向异性的穆斯堡尔谱研究

在具有纳米级孔洞的多孔氧化铝模板上,用电沉积方法成功地制备出α-Fe纳米线有序阵列组装膜.分别用透射电子显微镜(TEM)、穆斯堡尔谱仪(MS)和振动样品磁强计(VMS)对样品进行了测试分析.TEM和电子衍射的结果显示,阵列中的纳米线均匀有序,彼此独立,由一串α-Fe单晶磁性颗粒构成.VSM测试结果表明,这种纳米阵列结构具有高度垂直磁各向异性.当外磁场垂直磁化时,磁滞回线具有很高矩形比(0.98)和矫顽力(1.76×10⁵A/m).尤其MS的测试结果显示,阵列中的每根纳米线的总磁矩都沿 关键词：     

一种基于3D打印技术的结构型宽频吸波超材料

设计了一种三层宽频吸波超材料,其表层和中间层为单元尺寸不同的周期阵列结构,底层为吸波平板结构,优化后的总厚度仅为4.7 mm,并采用三维(3D)打印技术成功制备了该吸波超材料.吸波体反射率测试结果表明,在电磁波垂直入射条件下,宽频吸收峰分别出现在5.3和14.1 GHz,两峰叠加使得其在4-18 GHz频率范围内反射损耗均小于-10 dB.采用S参数反演法计算了每一层的等效电磁参数,并利用多层结构反射率公式推导得出该模型的理论反射率,理论计算结果与实测结果基本一致.通过研究能量损耗、电场分布和磁场分布揭示了吸波机理,分析表明该吸波体的宽频吸收效果源于三层结构产生的吸收带宽叠加.本文提出的吸波超材料具有良好的宽频吸收效果,尤其在低频范围吸波性能较佳,结合3D打印快速成型技术,可获得结构精细的三层吸波超材料,具有重要的实际应用价值和广阔的应用前景.     

Absorption properties of carbonyl-iron/carbon black double-layer microwave absorbers

Double-layer materials were devised in order to improve the absorbing properties of electromagnetic wave absorbing plates. The double-layer wave absorbing materials are composed of a matching layer and an absorption layer. The matching layer is the surface layer through which most of the incident waves can enter, and the absorption layer beneath it plays an important role in incident wave attenuation. The total thickness of the double layer is the sum of the thicknesses of these two layers. Carbonyl iron (CI) and carbon black (CB) were used as absorbents in the matching and absorption layers, respectively. The structures of the CI and CB particles were analyzed using scanning electron microscopy and transmission electron microscopy; the dielectric properties and absorption mechanisms were also studied. In the testing frequency range 2-18 GHz, the results show that the double-layer absorbers have two absorption peaks, and the positions and values of these peaks change with the content level of the absorbents. When the mass fraction of CI in the matching layer is 50% and the total thickness of the absorber is 4 mm, the effective absorption band (below −8 dB) reaches 5.5, 5.8, and 6.5 GHz. Where the mass fraction of CB is 50% or 60% and the mass fraction of CI is 70%, the bandwidth with reflection loss below −4 dB is larger than 10 GHz.     

A pure dielectric metamaterial absorber with broadband and thin thickness based on a cross-hole array structure

A pure dielectric metamaterial absorber with broadband and thin thickness is proposed, whose structure is designed as a periodic cross-hole array. The pure dielectric metamaterial absorber with high permittivity is prepared by ceramic reinforced polymer composites. Compared with those with low permittivity, the absorber with high permittivity is more sensitive to structural parameters, which means that it is easier to optimize the equivalent electromagnetic parameters and achieve wide impedance matching by altering the size or shape of the unit cell. The optimized metamaterial absorber exhibits reflection loss below -10 dB in 7.93 GHz-35.76 GHz with a thickness of 3.5 mm, which shows favorable absorption properties under the oblique incidence of TE polarization (±45°). Whether it is a measured or simulated value, the strongest absorbing peak reaches below -45 dB, which exceeds that of most metamaterial absorbers. The distributions of power loss density and electric and magnetic fields are investigated to study the origin of their strong absorbing properties. Multiple resonance mechanisms are proposed to explain the phenomenon, including polarization relaxation of the dielectric and edge effects of the cross-hole array. This work overcomes the shortcomings of the narrow absorbing bandwidth of dielectrics. It demonstrates that the pure dielectric metamaterial absorber with high permittivity has great potential in the field of microwave absorption.     

双向多频超材料吸波器的设计与实验研究

利用金属线单元组合法, 仿真设计并制作了一种在通信频段(0.8-3GHz)的双向多频超材料吸波器. 仿真与实验结果表明: 该吸波器对于不同极化和宽角度入射的电磁波有三个稳定的吸波频点, 分布在2.04GHz, 2.34GHz和2.65GHz, 吸收率分别达到92.3%, 95.3%和94.7%. 该吸波器设计简单、灵活性强、吸收效果好、易于加工, 为通信领域的电磁屏蔽或抗电磁干扰提供了新的方法. 关键词： 超材料 双向多频吸收 极化不敏感 宽角度入射     

Electromagnetic and mechanical properties of Fe3O4-coated amorphous carbon nanotube/polyvinyl chloride composites

Electromagnetic wave absorbing properties of absorbing composites depend on the dielectric and magnetic loss generally. In this paper, using Fe₃O₄-coated amorphous carbon nanotubes (ACNTs-Fe₃O₄) fabricated using a chemical synthesis–hydrothermal treatment method as an absorber and polyvinyl chloride (PVC) as a matrix, electromagnetic and mechanical properties of ACNT-Fe₃O₄/PVC composite were investigated. The results showed that the dielectric and magnetic losses of ACNT-Fe₃O₄/PVC composite were significantly enhanced in 8.2–12.4 GHz compared to ACNT/PVC composite, which improved absorbing properties, while slightly changing the mechanical properties.     

双层螺旋环超表面复合吸波体等效电路模型及微波损耗机制

针对超材料吸波频带窄的问题,采用金属螺旋环超表面与碳纤维吸波材料相复合的方式,设计了宽频高性能复合吸波体.研究发现,在碳纤维吸波材料中引入双层螺旋环超表面能显著增强吸收峰值和吸波带宽,且适当增加螺旋环初始线长和吸收层厚度有利于提高复合吸波体的吸波性能, 9.2—18.0 GHz频段的反射损耗均优于–10 dB (带宽达8.8 GHz),吸收峰值达–14.4 dB.利用S参数计算得到螺旋环-碳纤维复合吸波体的等效电磁参数和特征阻抗呈现多频点谐振特性,通过构建双层螺旋环超表面等效电路模型,定量计算了复合吸波体的电磁谐振频点,发现由等效电路模型获得的谐振频点计算值与仿真值基本相符,说明该复合吸波体多频点电磁谐振是宽频电磁损耗的主要机制.     

基于等效介质原理的宽角超材料吸波体的理论分析

目前,很少有文章就如何实现宽角度吸波材料进行详细的理论分析和设计指导,设计宽角度吸波材料仍然是一件很困难的事情.本文基于等效介质理论对带有反射地板的单层介质超材料吸波体进行较为详细的理论分析.从基础电磁理论出发,推导TE波(横电波,电场方向与入射面垂直的平面电磁波)和TM波(横磁波,磁场方向与入射面垂直的平面电磁波)照射下吸波体的反射系数,分析实现宽角度吸波效果所需的等效电磁参数,为宽角度超材料吸波体的设计提供了理论基础.此外,论文还理论分析了实现宽带宽角吸波等效电磁参数所要满足的条件,并做了计算检验.结果表明,当介质等效电磁参数按照特殊曲线随频率发生变化时,理论上能实现宽带宽角的吸波效果.     

准全向平板超材料吸波体的设计

本文设计了一种具有准全向吸波特性的平板超材料吸波体,其准全向吸波特性是由超材料吸波单元的双面吸波、极化不敏感和宽入射角实现的.理论分析和仿真结果表明:该吸波体在6.18 GHz的确有一个双面吸波的吸收点,且吸收率对极化角和入射角均不敏感.提取的等效阻抗表明可以调节超材料的电磁响应使其在吸收频率处与自由空间阻抗匹配来抑制反射.仿真的能量损耗分布表明:该吸波体对电磁波的吸收主要源于基板的介质损耗;采用两种不同介质基板的设计可使前吸波体与后吸波体的耦合度明显降低、抑制耦合所导致的传输.该吸波体可能在许多领域具有 关键词： 准全向吸波 双面吸波 极化不敏感 宽入射角     

Broadband microwave absorption properties of polyurethane foam absorber optimized by sandwiched cross-shaped metamaterial

The effect of a sandwiched cross-shaped metamaterial absorber(CMMA) on microwave absorption properties of the double-layered polyurethane foam absorber(PUFA) is investigated. Combining with the sandwiched CMMA, the bandwidth of -10-dB reflection loss for PUFA is broadened from 7.4 GHz to 9.1 GHz, which is attributed to the overlap of two absorption peaks originating from CMMA and PUFA, respectively. The values of the two absorption peaks located at 10.15 GHz and 14.7 GHz are -38.44 dB and -40.91 dB, respectively. Additionally, distribution of surface current,electromagnetic field and power loss density are introduced to investigate the absorption mechanism of the CMMA. The electromagnetic field distribution of the double-layered PUFA and the three-layered hybrid absorber are comparatively analyzed to ascertain the influence of CMMA. The results show that the proposed hybrid absorber can be applied to the anti-electromagnetic interference and stealth technology.     

Improvement on the wave absorbing property of a lossy frequency selective surface absorber using a magnetic substrate

An equivalent-circuit model is used to analyse the improvement of the wave absorbing performance of the lossy frequency selective surface(FSS) absorber by using a magnetic substrate,showing that it is possible to widen the wave absorbing bandwidth.Three pieces of magnetic substrates are prepared.According to the complex permittivity and permeability,the reflectivity of the corresponding absorber is calculated by the finite difference time-domain(FDTD) method,and the bandwidth of the reflectivity below 10 dB is optimized by genetic algorithm.The calculated results indicate that the wave absorbing performance is significantly improved by increasing the complex permeability of the substrate;the reflectivity bandwidth below 10 dB of the single layer FSS absorber can reach 3.6-18 GHz with a thickness of 5 mm,which is wider than that with a dielectric substrate.The density of the FSS absorber is only 0.92 g/cm 3.Additionally,the absorption band can be further widened by inserting a second lossy FSS.Finally,a double layer lossy FSS absorber with a magnetic substrate is fabricated based on the design result.The experimental result is consistent with the design one.