低维螺旋磁体纳米条带中磁场驱动的磁结构演变规律

利用蒙特卡洛方法研究了低维螺旋磁体纳米条带中磁场驱动的磁结构演变规律,以及偶极相互作用对螺旋磁体纳米条带中磁结构的影响。研究表明,螺旋磁体纳米条带中的自旋结构由自旋的面内取向平行或垂直于边界的边缘态和中间聚集态两部分构成。在一定范围内增加外磁场,条带边缘平行于边界的自旋排列将增多,最终将在条带外围形成大的磁涡旋环,该涡旋环十分稳定,即使在很强的外磁场下仍然存在。处于条带中间的聚集态随着外磁场的增大,从磁螺旋态逐步过渡到Skyrmions态,最终形成铁磁态。Skyrmions的排列状况与条带尺寸密切相关。此外,偶极相互作用对磁矩平行于边界且首尾顺次连接的排列起积极作用,在无外磁场作用下,随着偶极相互作用的增大,体系终将形成涡旋态。     

低维螺旋磁体纳米条带中磁场驱动的磁结构演变规律

利用蒙特卡洛方法研究了低维螺旋磁体纳米条带中磁场驱动的磁结构演变规律,以及偶极相互作用对螺旋磁体纳米条带中磁结构的影响.研究表明,螺旋磁体纳米条带中的自旋结构由自旋的面内取向平行或垂直于边界的边缘态和中间聚集态两部分构成.在一定范围内增加外磁场,条带边缘平行于边界的自旋排列将增多,最终将在条带外围形成大的磁涡旋环,该涡旋环十分稳定,即使在很强的外磁场下仍然存在.处于条带中间的聚集态随着外磁场的增大,从磁螺旋态逐步过渡到Skyrmions态,最终形成铁磁态.Skyrmions的排列状况与条带尺寸密切相关.此外,偶极相互作用对磁矩平行于边界且首尾顺次连接的排列起积极作用,在无外磁场作用下,随着偶极相互作用的增大,体系终将形成涡旋态.     

斯格明子相关的螺旋磁有序体系的临界行为

介绍了与斯格明子相关的螺旋磁有序体系的临界行为.首先阐述了连续相变中的临界现象、临界指数、标度律、普适性等概念;随后介绍了磁相变体系中几种临界指数的获得方法,包括直流磁性迭代法、磁熵变法;进而,分析了几类与斯格明子相关的螺旋磁有序体系的临界行为.MnSi是典型的斯格明子材料,临界指数显示其磁性行为符合三重临界行为.MnSi的临界行为揭示:外磁场可以抑制这一体系在零场下的一级相变,使其转变为二级相变,从而在螺旋磁有序、锥形磁有序、顺磁相的三相交汇点形成三重临界点.斯格明子体系FeGe和Cu_2OSeO_3的临界行为符合三维海森伯相互作用,表明它们的磁性行为主要是由近邻的各向同性的自旋耦合作用所决定;而Fe_(1-x)Co_xSi和新发现的斯格明子体系Fe_(1.5-x)Co_xRh_(0.5)MoN的临界行为显示Co掺杂可以有效地调制其中的磁性耦合.对螺旋磁有序体系的临界行为研究表明,尽管这些体系都表现出类似的斯格明子态,但是它们的磁性耦合机制却大不相同,并且其耦合机制可以受到外界手段的调制.最后,根据普适性原理和标度方程,阐述了一种构建磁场诱导相变体系在临界温度附近H-T相图的方法.     

电流驱动凹槽磁纳米带内斯格明子的移动特性

基于微磁学理论和模拟研究电流驱动的斯格明子的移动特性.相对于纳米带,凹槽纳米带可提供更大的边缘排斥力抑制斯格明子横向移动,最大驱动电流(Jmax)和最大斯格明子移动速度(Vmax)显著增加.随着注入电流密度的增加,凹槽纳米带内斯格明子移动速度先增加到最大速度,而后减小或保持不变.通过增加边缘宽度或厚度,Jmax和Vma...     

磁性斯格明子晶格的磁弹现象与机理

近年来,人们在一些具有手性相互作用的磁性体材料及薄膜中成功观测到具有非平凡拓扑性质的二维自旋结构,称作磁性斯格明子.在大部分情况下,磁性斯格明子自发地聚集成一种晶格结构,称作斯格明子晶格.孤立的斯格明子由于其奇特的拓扑性质以及优异的电流驱动性质等"局域化特征"受到人们的广泛关注.与此相对,斯格明子晶格作为一种新颖的宏观磁性相,可能与材料固有的多场耦合性质发生相互作用进而引发许多奇特的宏观物理现象乃至新性质.在此范畴内,人们发现由于手征磁体内禀的磁弹耦合,斯格明子晶格不但对材料的力学性质产生影响,而且在外力作用下自身具备"层展的弹性性质".本文对相关现象进行梳理,并基于一种针对B20族手征磁体磁弹耦合效应普遍适用的热力学唯象模型,逐一简述对于不同类型的磁弹现象如何建模分析,进而给出其中一部分现象的实验与理论结果比对.最后,对这一领域的发展提出几个可供进一步探索的方向.     

中心对称的阻挫磁体中斯格明子直径的调节

在带有垂直各向异性的二维三角晶格磁体中,当同时存在最近邻铁磁性和第三近邻反铁磁性交换作用时,垂直于膜面施加外磁场会使体系内自旋沿着非共面的方向排列,甚至出现拓扑稳定的斯格明子自旋结构.基于蒙特卡罗模拟方法,本文研究了在该二维阻挫磁体中,竞争性交换作用和外磁场对斯格明子直径的影响.与常规非中心对称的手性磁体中的斯格明子性质类似,外磁场会磁化斯格明子外围自旋而减小斯格明子直径.但是,磁体中反铁磁性交换作用的增强会整体压缩斯格明子.本文结合自旋波理论和蒙特卡罗模拟,首次量化了此类阻挫磁体中斯格明子的直径.结果表明:在弱的反铁磁性交换作用磁体中,斯格明子直径随磁场增大而快速线性减小;随着反铁磁性交换作用的增大,斯格明子直径随外磁场增大的减小变得相对平缓,但在强磁场下也会造成斯格明子直径的加速减小;随着反铁磁性交换作用的增强,斯格明子在不同外磁场下的直径的最大值和中值均从逐渐减小到渐趋稳定,而直径的最小值则从快速减小到表现出很大的涨落.这些现象都可以通过分析斯格明子在不同交换作用和外磁场下的构型和磁能变化加以解释.该项工作阐明了在中心对称的阻挫磁体中斯格明子直径的可调节性,不仅完善了我们对斯格明子本身物理机理的认识,同时也为发展基于斯格明子的新一代存储和逻辑器件提供了理论支撑.     

磁爆加载下强磁体的磁场研究

 为了研究磁爆压缩发生器加载下强磁体形成的磁场,对磁爆加载过程进行分析,建立了磁爆加载下强磁体形成磁场的理论模型。按照此模型,对6种不同结构强磁体的磁场进行对比研究,得到了强磁体的磁场变化规律。结果表明：在加载初始阶段,磁爆压缩发生器的自身参数为主要影响因素,各磁体的磁场峰值和范围差别较小;在磁通压缩阶段,电路过程的改变使得磁体结构的影响逐渐显著,各磁体的磁场峰值和范围发生了明显变化;磁体结构对磁场的空间分布具有决定性作用,磁场分布不受加载过程的影响。     

纳米结构中磁斯格明子的原位电子全息研究

斯格明子(skyrmion)磁序结构与晶体微观结构的关联是新型功能磁材料和器件研发的重要问题.本文利用微纳加工技术制备了形状、尺寸均可控的磁纳米结构,通过电子全息术观察定量地分析了斯格明子磁序结构,确定了材料晶格缺陷和空间受限效应对斯格明子磁结构形成和稳定机制的影响,系统地分析了斯格明子基元的磁功能与材料微结构的关联.文中主要探讨了两个问题:1)斯格明子在磁纳米结构中的空间受限效应.重点研究斯格明子磁序随外磁场和温度变化的演变规律,探索其演变过程的拓扑属性和稳定性;2)晶格缺陷对斯格明子磁结构的影响,重点考察晶界原子结构手性反转对斯格明子磁序的影响.这些研究结果可为研发以磁斯格明子为基元的磁信息存储器及自旋电子学器件提供重要实验基础.     

熵驱动下柱状高分子刷螺旋结构的研究

自然界中广泛存在螺旋结构,在特定情形下熵能驱动高分子链形成螺旋结构.本文采用分子动力学方法研究柱状高分子刷吸附在无限长圆柱表面时的构象行为.发现其构象与嫁接支链条数、柱状高分子刷与圆柱表面之间的吸附能密切相关.在较弱的吸附能下,具有较多支链条数的柱状高分子刷能形成完整的螺旋结构,其本质就是熵驱动下形成的螺旋结构.该研究有助于加深对生物大分子螺旋结构的理解.     

导磁导电球体在均匀谐变磁场中产生的磁场分布规律

从求解导磁导电各向同性球体的赫兹矢量π*出发,推导出了导磁导电球体置于均匀谐变低频弱磁场中球体产生的磁场分布规律和球频率函数.     

Nonlinear spin excitations in a classical Heisenberg anisotropic helimagnet

The nonlinear spin excitations in an anisotropic helimagnet in the presence of a constant magnetic field are investigated in the classical continuum limit. The helical character is introduced into the model, in analogy with the twist in a cholesteric liquid crystal. After deriving a class of spin wave solutions for the stereographic representation of the Landau-Lifshitz equation, in-plane stationary spin configurations are obtained and their stability is analysed. When the external magnetic field is along the anisotropic axis, modulational instability is observed in the spin lattice, and when the external magnetic field is normal to the anisotropic axis, the spin configurations are unstable. The perturbed spin components show fluctuations in the tail region, while the velocity and amplitude of the soliton remain unaltered.     

两相钛合金再结晶退火组织与织构演变的蒙特卡罗模拟

蒙特卡罗(MC)方法被广泛应用于模拟金属材料在退火过程中的静态再结晶行为. 在已有两相材料晶粒长大MC模型基础上, 引入形核阶段, 综合考虑再结晶晶粒吞并形变晶粒和再结晶晶粒竞争长大两种情况, 建立了退火时两相合金再结晶MC模型.结合电子背散射衍射所测 初始晶粒形貌、相成分、晶体学取向及应变储能相对值, 该模型被应用于TC11钛合金退火过程中的微观组织及织构演变模拟.结果表明, 所建模型能够较好体现退火过程中两相晶粒的形核及晶粒长大行为. 与β相相比较, α相具有较低的再结晶速率和较高的晶粒长大速率, 前者主要归结于α相较低的初始应变储能, 后者则体现了该条件下初始组织形貌、分布及两相比例对晶粒长大具有重要影响; 由于非均匀形核的影响, 模拟得到的再结晶速率变化与 假设均匀形核的Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov 再结晶方程存在明显差异.同时, 两相的基本织构特征在退火过程中无明显变化, 但织构强度增加. 关键词： 两相钛合金 再结晶 蒙特卡罗方法 织构     

Generic spiral spin liquids

Spiral spin liquids are unique classical spin liquids that occur in many frustrated spin systems, but do not comprise a new phase of matter. Owing to extensive classical ground-state degeneracy, the spins in a spiral spin liquid thermally fluctuate cooperatively from a collection of spiral configurations at low temperatures. These spiral propagation wavevectors form a continuous manifold in reciprocal space, i.e., a spiral contour or a spiral surface, that strongly governs the low-temperature thermal fluctuations and magnetic physics. In this paper, the relevant spin models conveying the spiral spin liquid physics are systematically explored and the geometric origin of the spiral manifold is clarified in the model construction. The spiral spin liquids based on the dimension and the codimension of the spiral manifold are further clarified. For each class, the physical properties are studied both generally and for specific examples. The results are relevant to a wide range of frustrated magnets. A survey of materials is given and future experiments are suggested.     

A simulation study of the e~+/e~- sensitivity of a low resistive phosphate glass electrode in a RPC using GEANT MC

The resistivity of conventional glass is quite high and is unacceptable in a high rate environment. Low resistive glass-electrodes could be a solution for this problem. The present study reports the e+/e-simulation results of an RPC detector made from low resistive phosphate glass electrodes. The detailed geometrical configuration of the content materials which are the essential components of the glass of the RPC detector have been created with the GEANT4 simulation code. Two different types of particle sources, i.e. for e+/e-, have been located on the detectors surface to evaluate the performance of the phosphate glass RPC. Both of the particles have been simulated as a function of their respective energies in the range of 0.1 MeV – 1.0 GeV. The present simulation work has shown that the resistive electrode plays an important role for the particle production in the RPC configuration.     

A simulation study of the e~+/e~- sensitivity of a low resistive phosphate glass electrode in a RPC using GEANT MC

The resistivity of conventional glass is quite high and is unacceptable in a high rate environment. Low resistive glass-electrodes could be a solution for this problem. The present study reports the e+/e-simulation results of an RPC detector made from low resistive phosphate glass electrodes. The detailed geometrical configuration of the content materials which are the essential components of the glass of the RPC detector have been created with the GEANT4 simulation code. Two different types of particle sou...     

材料中He深度分布演化的Monte Carlo模拟研究

基于He泡生长的迁移-合并机理,用Monte Carlo方法模拟了对材料进行等温退火过程中He深度分布的演化,探讨了不同参数对这一演化的影响.研究表明:材料中He泡的初始浓度和尺寸将影响He深度分布的变化,而退火温度则对演化速率起重要作用但对最终的He深度分布影响较小;随着反应的进行,整个系统的演化是逐渐趋缓的. 关键词： He 深度分布 Monte Carlo模拟     

Nonequilibrium dynamical phase transition of 3D kinetic Ising／Heisenberg spin system

We have studied the nonequilibrium dynamic phase transitions of both three-dimensional (3D) kinetic Ising and Heisenberg spin systems in the presence of a perturbative magnetic field by Monte Carlo simulation. The feature of the phase transition is characterized by studying the distribution of the dynamical order parameter. In the case of anisotropic Ising spin system (ISS), the dynamic transition is discontinuous and continuous under low and high temperatures respectively, which indicates the existence of a tri-critical point (TCP) on the phase boundary separating low-temperature order phase and high-temperature disorder phase. The TCP shifts towards the higher temperature region with the decrease of frequency, i.e. T_{TCP}=1.33×exp(-ω/30.7). In the case of the isotropic Heisenberg spin system (HSS), however, the situation on dynamic phase transition of HSS is quite different from that of ISS in that no stable dynamical phase transition was observed in kinetic HSS after a threshold time. The evolution of magnetization in the HSS driven by a symmetrical external field after a certain duration always tends asymptotically to a disorder state no matter what an initial state the system starts with. The threshold time τ depends upon the amplitude H_{0}, reduced temperature T/T_C and the frequency ω as τ=C·ω^α·H_0^{-β}·(T/T_C)^{-γ}.