二维带电自旋-1/2费米气体的磁性质

通过引入描述电荷-磁场和自旋-磁场相互作用竞争关系的自旋因子,研究了磁场和简谐势阱双重约束的二维带电自旋-1/2费米气体的磁性质.结果表明,当自旋因子很小时,系统显示出抗磁性,随着自旋因子的进一步增大,系统逐渐转变为顺磁性.自旋因子的临界值将磁化强度划分为抗磁性区和顺磁性区,临界值随磁场和温度的增大仅发生微小的改变.     

磁学发展简述

一、磁性的意义和分类 所渭磁性,从广义上讲,是指物体在不均匀磁场中受力的性质。由受力的强弱又分为强磁性和弱磁性。一般常把强磁性称为磁性(狭义)或铁磁性,而不恰当地把弱磁性称为“无磁性”或“非磁性”。弱磁性又分为抗磁性和顺磁性。在不均匀磁场中物体沿磁场减弱方向受力的性质称为抗磁性,这是一切物体都具有的性质,但有时为其它更强的磁性所掩盖;如水、铜和绝大多数有机分子和生物大分子都是抗磁性物质。在不均匀磁场中,物质沿磁场增强方向受力的性质称为顺磁性,如铝、氧化和未氧化的血红蛋白都是顺磁性物质。在不均匀性磁场中,物体沿磁场增强方向受力且比顺磁性强几万甚至几百万倍以上的性质称为强磁性,一般常称为铁磁性。强磁性是由于物体中磁性原子的磁矩,在一定条件下受一种强的相互作用而排列有序时产生的。根据磁有序类型的不同,又分为铁磁性(原子磁矩平行排列)、亚铁磁性(两类或更多种大小不同的磁矩反平行排列)和其它更为复杂的磁有序性:但如果磁有序的原子磁矩互相抵消,则不显强磁性,称为反铁磁性。常见的铁磁性物质有铁、钴、镍及其一些合金和化合物;常见的亚铁磁性物质有磁铁矿和多种铁氧体材料;FeO、CoO、NiO则是反铁磁物质。研究广义     

水的抗磁性演示实验

利用磁铁作用于漂浮在水面的纸片和盛水气球,演示了水的抗磁性,并利用全反射研究了水的抗磁性与外磁场的关系.实验结果表明:当磁铁置于水面上方时,磁场作用区域的水面向下凹陷.磁场越强,水面的凹陷程度越大,水的抗磁现象越明显.     

范德瓦尔斯磁性材料CrOCl变磁性相变的磁力显微镜研究

近年来,二维范德瓦尔斯磁性材料因为在自旋电子学的应用前景而吸引了广泛的关注.CrOCl是一种范德瓦尔斯磁性材料,理论预言其单层具有高达160 K的居里温度,因此吸引了广泛的关注。为了更好的理解这一材料的磁性,我们利用磁力显微镜研究了CrOCl变磁性相变中磁畴结构随磁场的变化。实验发现,在2K下CrOCl样品表面出现随磁场变化的方格条纹,给出了变磁性相比中反铁磁相和铁磁相竞争的图样,并通过二维快速傅里叶变换证实了CrOCl磁性的各向异性。我们的结果为后续研究CrOCl薄层的磁性提供了参考依据。     

利用精密扭秤测量铜与磁场的相互作用

利用精密扭秤测量了抗磁性物质铜与外磁场的相互作用，其基本思想是充分利用精密扭秤对弱力的高灵敏度，从而可极大地降低传统方法中对外磁场强度的要求．初步的实验结果证实了这一方法的可行性．     

超导体与磁体间的三维磁力及磁场测试装置研制

本文研制的三维磁力测试夹具和三维霍耳探头,可以实现:1)直接测量出磁体与磁体、磁体与超导体等之间的三维磁力随两者之间相对位置的变化规律;2)直接测量出任何磁体或组合磁体在空间的三维磁场分布;3)通过将三个三维霍尔探头或九个单独的霍尔探头分别按研究内容的需要固定在所要研究的空间区域,再改变磁体与磁体之间、或磁体与超导体等之间的相对位置,从而在测量出它们之间的相互作用力的同时,测量出由于它们之间因相对位置改变而引起的动态磁场分布变化;还可以得到磁体接近超导体时磁场进入超导体的动态变化规律等.该套测试装置,将工作效率提高到原来的300%以上.这对研究磁性材料的宏观磁性质具有非常重要的意义.     

抗磁性物质磁悬浮可行性分析及实现

从理论和实验上说明石墨、铜等抗磁性的"非磁"物质在磁场中也受到磁场的作用力.实验中尝试了各种不同类型的永磁体序列,并利用4块一组的永磁铁序列产生梯度场,使磁铁表面上方产生可供抗磁性物质悬浮的稳定区域,成功实现了石墨的悬浮.此外,还利用顺磁性溶液及电磁铁实现了氧化铝和硅的悬浮.     

电流环支承的超导球表面磁场计算

本文基于磁荷模型采用解析方法推证出电流环在超导球表面产生的磁场分布.首先不考虑超导球的抗磁性,由Biot-Savart定律计算出电流环在球面产生的磁场.再根据Meissner态超导体的边界条件,并基于磁荷模型计算出超导球的感应磁场.将电流环产生磁场与超导球的感应磁场叠加得到超导球表面的合磁场.     

弱磁材料磁测线圈的设计

一、引 言 测量磁化率的仪器和装置是多种多样的[1,2].提高测量灵敏度,尤其对弱磁性材料,是一个十分重要的问题.提高冲击法测磁灵敏度的主要途径有;选用灵敏的积分器,增加磁场以及合理地制作测量线圈.本文仅就后者进行讨论. 二、测量线圈 在一般冲击法测量弱磁材料磁性的装置中     

从量子力学层面上认识,到大学物理层面上理解顺磁性和抗磁性

大学物理教科书中对物质磁性——顺磁性和抗磁性的机理描述不自洽.顺磁性用原子磁矩沿磁场方向的"倾倒"来解释,抗磁性用电子磁矩的"旋进"来解释.同样都是磁矩,为什么却有不同的行为呢?显然不能令人信服.本文将从量子力学角度给出两种磁性的来源,从中可以看出,顺磁和抗磁在量子力学的哈密顿量中正好是磁相互作用的展开项中的两项,这两项可以同时存在,也可以只有抗磁性,这取决于原子壳层的电子分布.在保持与量子力学一致的情况下,如何在大学物理层面上理解顺磁性和抗磁性?     

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.     

磁场及磁矩的测量实验

对地磁水平分量测量实验加以改进,将其扩充为能够测量亥姆霍兹线圈磁场分布和磁针的转动惯量以及磁针磁矩的实验.使其成为一个综合性较强,适用于开展研究性实验的项目.     

In situ magnetic hysteresis measurement of magnetic tips in magnetic force microscope

In situ magnetic hysteresis measurements of magnetic tips in a magnetic force microscope (MFM) are demonstrated using alternating gradient force magnetometry. The measured magnetic moments of MFM tips are estimated in the range from 10⁻⁶ to 10⁻⁵ emu by this technique and the whole MFM tips in cantilevers are considered to be measured from the value of measured magnetic moments. The relationship between the magnetic hysteresis loops of MFM tips and those of coated magnetic films is discussed.     

Observation of magnetic droplets in magnetic tunnel junctions

Magnetic droplets,a class of highly nonlinear magnetodynamic solitons,can be nucleated and stabilized in nanocontact spintorque nano-oscillators.Here we experimentally demonstrate magnetic droplets in magnetic tunnel junctions(MTJs).The droplet nucleation is accompanied by power enhancement compared with its ferromagnetic resonance modes.The nucleation and stabilization of droplets are ascribed to the double-Co Fe B free-layer structure in the all-perpendicular MTJ,which provides a low Zhang-Li torque and a high pinning field.Our results enable better electrical sensitivity in fundamental studies of droplets and show that the droplets can be utilized in MTJ-based applications and materials science.     

Soft X-ray resonant magnetic scattering of magnetic nanostructures

Soft X-ray resonant magnetic scattering offers a unique element-, site- and valence-specific probe to study magnetic structures on the nanoscopic length scale. This new technique, which combines X-ray scattering with X-ray magnetic circular and linear dichroism, is ideally suited to investigate magnetic superlattices and magnetic domain structures. The theoretical analysis of the polarization dependence to determine the vector magnetization profile is presented. This is illustrated with examples studying the closure domains in self-organising magnetic domain structures, the magnetic order in patterned samples, and the local configuration of magnetic nano-objects using coherent X-rays. To cite this article: G. van der Laan, C. R. Physique 9 (2008).     

Microwave magnetic properties of soft magnetic thin films

We review our works that focus on the microwave magnetic properties of metallic,ferrite and granular thin films.Soft magnetic material with large permeability and low energy loss in the GHz range is a challenge for the inforcom technologies.GHz magnetic properties of the soft magnetic thin films with in-plane anisotropy were investigated.It is found that several hundreds of permeability at the GHz frequency was achieved for Co100-xZrx and Co90Nb10 metallic thin films because of their high saturation magneti...     

Ni-Zn铁氧体的动态磁特性

设计并制作了基于没有附加磁芯复位电路的单级、双级磁脉冲压缩系统电路,用于测试Ni-Zn铁氧体磁芯在μs及亚μs级脉冲激励下的动态磁特性。磁芯的磁滞回线由测量到的磁开关两端电压和电流数据经计算得到,由磁滞回线可知磁芯在μs及亚μs级脉冲激励下的各种特性参数如饱和磁感应强度、剩余磁感应强度、矩形比、磁通密度跳变、矫顽力、饱和磁场强度及单位体积材料磁滞损耗;通过比较两块磁芯在μs及亚μs级脉冲激励下的各种动态磁特性参数可知:两块磁芯随激励脉冲宽度变窄磁芯磁性能有不同程度的下降,亚μs级脉冲激励下的矫顽力和单位体积材料磁滞损耗都比μs级脉冲激励下增大约3倍;饱和磁感应强度小、剩余磁感应强度大的Ni-Zn铁氧体磁芯动态磁特性性能优异,适合用于更窄脉冲的压缩电路中。     

Three-dimensional magnetic properties of soft magnetic composite materials

A three-dimensional (3-D) magnetic property measurement system, which can control the three components of the magnetic flux density B vector and measure the magnetic field strength H vector in a cubic sample of soft magnetic material, has been developed and calibrated. This paper studies the relationship between the B and H loci in 3-D space, and the power losses features of a soft magnetic composite when the B loci are controlled to be circles with increasing magnitudes and ellipses evolving from a straight line to circle in three orthogonal planes. It is found that the B and H loci lie in the same magnetization plane, but the H loci and power losses strongly depend on the orientation, position, and process of magnetization. On the other hand, the H vector evolves into a unique locus, and the power loss approaches a unique value, respectively, when the B vector evolves into the round locus with the same magnitude from either a series of circles or ellipses.     

Critical magnetic field ratio of anisotropic magnetic superconductors

The upper critical field, the lower critical field and the critical magnetic field ratio of anisotropic magnetic superconductors are calculated by Ginzburg–Landau theory analytically. The effect of the Ginzburg–Landau parameter (κ₀), magnetic susceptibility (χ) and magnetic-to-anisotropic parameter ratio (θ) on the critical field ratio are considered. We find that the value of critical field ratio increases with increasing κ₀ and θ, and decreases with increasing χ. The highest and the lowest value of critical field ratio is found in the diamagnetic superconductors and the ferromagnetic superconductors, respectively.