电流驱动下磁畴壁快速运动的研究

在2011年第7期出版的Physics Today杂志上刊登了一篇关于自旋极化电流驱动磁畴壁运动的文章,介绍了该领域的最新进展.现对该文主要内容摘译如下:磁体具有净磁矩,但这并不意味着所有的非配对自旋指向同一方向.通常情况下,多个具有不同磁矩方向的磁畴同     

石墨烯沟道全自旋逻辑器件开关特性

由于石墨烯的电导率相比典型的金属材料更大,自旋弛豫时间更长,自旋轨道相互作用更弱,从而在相同的注入电流情况下,自旋电流在石墨烯材料中的耗散作用更弱.基于自旋传输和磁化动力学耦合模型,研究了石墨烯沟道全自旋逻辑器件的开关特性.结果显示,在相同的电源电压下和器件尺寸下,石墨烯沟道材料的全自旋逻辑器件磁矩翻转时间比Cu沟道更短,流入输出纳磁体的自旋电流更大.同时,长度越短、宽度越窄的沟道其开关时间更短,功耗更小.在满足磁体磁矩翻转的临界开关电流的情况下,石墨烯沟道的可靠工作长度也显著大于Cu沟道.所以石墨烯材料是相比于金属材料更理想的沟道材料.另外,通过合理选择沟道尺寸,能进一步降低器件开关时间和功耗.上述结论为全自旋逻辑器件的优化设计与应用提供了理论参考.     

邮票上的物理学史（69）——凝聚态物理学

磁学是凝聚态物理学的一个重要分支学科 ,研究宏观物质的磁性及其应用 .宏观物质的磁性来自原子磁矩 ,即原子中各个电子的轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和 .法拉第于 184 0年前后对物质的磁性进行了系统的观察和测量 ,发现物质的磁性分为三大类 :抗磁性、顺磁性和铁磁性 .此后近百年都保持了这样的看法 .1895年 ,皮埃尔·居里发表了他对三类磁性物质的实验结果 :①抗磁体的磁化率不依赖于磁场强度而且一般不依赖于温度 ;②顺磁体的磁化率不依赖于磁场强度而与绝对温度成反比 (居里定律 ) ;③铁在某一温度 (称为居里温度 )以上失去强磁性 ,从铁磁…     

用于46 T全超导磁体装置的26 T REBa2Cu3O7-δ高温超导内插磁体电磁设计研究

REBa2Cu3O7-δ(REBCO)高温超导带材具有良好的电磁性能和机械强度,现已成为开发极高场超导磁体的重要基础材料.本文基于T-A 方程提出了一种极高场REBCO 内插磁体的参数化设计方法,该方法在计算中考虑了超导屏蔽电流对磁体中心场强和应变分布的影响,采用分步优化的方式从内向外依次确定各超导线圈的结构参数,每个线圈的优化过程相对独立.基于该设计方法,本文给出了46T全超导磁体中26TREBCO 内插磁体的电磁设计方案,确定了主要线圈参数和工作电流.该内插磁体由4个线圈同轴嵌套串联组成,每个线圈都由REBCO带材绕制而成的双饼线圈(Double Pancake, DP)堆叠而成.基于当前模型计算结果,在给定的20T背景场中,当内插磁体工作电流达到290A时,磁体中心场强可达46T;高温超导线圈中最大环向应变为0.61%,仍然处于危险区域.     

问题解答

问:反磁体是否是抗磁体?或者是磁绝缘体?或者磁对它只是沒有任何影响? 答:一般来说,抗磁性显著的物质(即起主要作用)叫抗磁体,或叫做逆磁体或反磁体。所谓抗磁性就是当加上磁场后,这类物质的磁矩取向正好和外加磁场的方向相反,也就是说,它的磁化率是负的。如果抗磁体处于非均匀磁场内,例如放在电磁铁磁极间,则它会向着磁场最弱处移动,这是因为该物质受到了由于磁场不均匀性而产生的力作用的缘故。     

铁电磁体Pb(Fe1/2Nb1/2)O3的磁电性能研究

对铁电磁体Pb(Fe1/2Nb1/2)O3单晶样品中的介电和磁性能进行了研究. 认为在其反铁磁相变点观察到的介电常数和损耗的异常来自于自发极化序和自旋序的相互作用引起的磁电耦合. 磁矩与温度的关系曲线在Néel点以下的低温段呈上升趋势,测得的磁滞回线证明有弱铁磁性出现. 对铁电磁体磁电相互作用的Monte Carlo模拟得到与实验类似的结果.     

基于外尔半金属WTe2的自旋-轨道矩驱动磁矩翻转

外尔半金属WTe₂有强自旋轨道耦合且能产生新奇非常规面外极化的自旋流,是近几年的新兴热点.同时WTe₂还具有高的电荷-自旋转换效率,能在无外磁场辅助的情况下实现垂直磁矩确定性的翻转,这对于高密度集成低功耗磁随机存取存储器至关重要.本文回顾了近几年WTe₂与铁磁层组成异质结构中自旋轨道矩研究的最新进展,包括用不同方法制备的WTe₂ (例如机械剥离和化学气相沉积)与铁磁层(例如FeNi和CoFeB等)、二维磁体(例如Fe₃GeTe₂等)组成异质结的自旋轨道矩探测和磁矩翻转的电调控研究进展.最后,对相关研究的发展提出展望.     

聚铜络合物[Cu(L)μ-1,3-N3]n(ClO4)n的密度泛函计算及磁性研究

基于广义梯度近似密度泛函和全势能线性缀加平面波方法,本文对聚铜络合物[Cu(L)μ-1,3-N3]n(ClO4)n(其中L=tridentate Schiff base为三齿席夫基)的态密度和磁矩进行了计算.磁矩计算结果表明:①该聚铜络合物晶体格子的总磁矩为1.00 μB;②中心铜原子(离子)具有最大的原子磁矩,为0.531 μB;③铜原子和它周围最邻近的氮原子的原子磁矩是该聚铜络合物晶体格子总磁矩的主要来源.通过对中心铜原子及其最邻近氮原子的自旋态密度图进行分析,得出了铜原子和它周围最邻近氮原子的磁性主要分别来源于它们的d轨道和p轨道,同时还发现了中心铜离子的d轨道与叠氮末端氮原子的p轨道之间存在杂化现象, 以及中心铜离子向叠氮末端氮原子的自旋退局域化现象.自旋退局域化效应通过叠氮这一旁道使相邻两中心铜离子发生铁磁性相互作用.     

无绝缘高温超导跑道型磁体设计

环向场磁体是ITER托卡马克装置中的核心部分,采用无绝缘高温超导磁体技术能使其产生更高的稳态场。文中介绍了无绝缘高温超导磁体技术的原理和特点,并以跑道型磁体为着手点,使用不同的超导带材,利用有限元法设计无绝缘高温超导磁体,总结了线圈个数与布局对磁体临界电流和中心磁场的影响。该磁体在20K下可产生的稳态磁场约为3.59T。     

2.5MJ高温超导储能磁体的单圈嵌套式屏蔽研究

随着高储能量的高温超导储能磁体在电力系统中的应用日益广泛,对高储能量磁体周围漏磁场的屏蔽愈加重要.本文利用有限元仿真软件ANSYS分析了储能量为2.5MJ的高温超导磁体周围的漏磁场分布,并对其进行同轴嵌套式主动屏蔽.根据理论计算确定屏蔽磁体的几何尺寸和应加载的电流密度,并对四个不同几何参数的嵌套式屏蔽磁体进行仿真分析,最终确定了效果较好的屏蔽方案.     

15 T高场复合超导磁体低温实验研究

大孔径高均匀度高场磁体是进行超导材料性能测试的必要条件之一.本文主要介绍了15 T高场复合超导磁体的低温励磁实验与结果.该磁体包括两个高性能Nb3Sn线圈、一个ITER Nb3Sn线圈和一个NbTi线圈,分别处于磁体的高、中、低场部分.磁体外径329.9 mm,高度401.44 mm,中心孔径77.5 mm,磁体中心磁场测量值14.94 T,轴向磁场(98％)均匀区测量长度55 mm,超过了磁体设计指标要求的40 mm,测试结果满足设计要求.     

笼状Au20内掺M13(M=Fe,Ti)团簇磁性的密度泛函计算研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似方法,对M13(M =Fe,Ti)以及M13内掺Au20团簇的几何结构和磁性进行了计算研究.结果表明:M13和M13内掺Au20团簇的几何结构在0.006-0.05nm误差范围内保持着Ih对称性.Fe13团簇最低能态的总磁矩为44μB,内掺到Au20笼中后形成的Fe13内掺Au20团簇的最低能态总磁矩为38μB,且Au原子与内掺Fe13团簇之间存在着弱铁磁相互作用.Ti13团簇在总磁矩为6μB时能量最低,掺入Au20笼后形成的Ti13内掺Au20团簇最低能态总磁矩是4μB,内表面12个Ti原子与表面Au壳之间是弱铁磁相互作用,而与中心Ti原子之间是弱反铁磁相互作用.由于Au20笼状外壳的影响,Fe13内掺Au20和Ti13内掺Au20团簇中Fe13和Ti13的磁矩比无金壳的Fe13和Ti13团簇的磁矩分别减少了6.81μB和2.88μB.     

2T高温超导Bi-2223带材磁体

通过带材Ic及其弯曲性能测试,进行磁体设计,采用先处理后绕制(R&W)的工艺,制得中心磁场达2T的高温超导Bi-2223带材饼状线圈磁体.该磁体在液氮(77K)下通电流22.4A,中心磁场达0.25T;在液氦下可通电流170A,中心磁场达2.0T(4.2K),为液氮下的8倍,表明所采用的工艺,对制作中小规模高温超导Bi-2223带材饼状线圈磁体,是合适的.     

取向易面各向异性羰基铁粉体的高频磁性研究

研究了取向度对羰基铁粉体复合材料微波磁性的影响.理论上构造了取向片状磁性颗粒磁矩的高斯分布,并通过Landau-Lifshitz-Gilbert方程得到了有取向度的软磁材料复数磁导率的求解方法,模拟计算了羰基铁样品高频复数磁导率随频率的变化.研究发现:随着样品取向角?θ?的变大,高斯分布标准偏差σ减小,取向度f增大;随着片状样品取向度的提高,材料初始有效磁导率的实部值增大.为了对照,利用穆斯堡尔谱得到磁体的取向度,并通过网络分析仪测量了磁体的高频磁导率,所获得的实验结果与理论预期值相符.     

40-T混合磁体外超导磁体CICC摩擦系数测定

40-T混合磁体的建设正在中科院强磁场中心进行,其外超导磁体将由管内电缆导体CICC绕制,并采用4.5K 的超临界氦迫流冷却.CICC的摩擦系数是确定各冷却通道进口压力和流量的重要依据.文中介绍了CICC压降测量平台搭建,并对40-T混合磁体外超导磁体哑缆摩擦系数进行测量;分析了该CICC内的摩擦特性,并拟合出相应的经...     

分子基磁体Cr[N(CN)2]2电子结构和半金属性的第一性原理研究

基于第一性原理方法结合广义梯度近似,研究了分子基磁体Cr[N(CN)₂]₂的电子结构和半金属性. 对总能量,自旋极化的能带结构,态密度以及自旋磁矩的计算表明该分子磁体为半金属铁磁体．每个分子的总磁矩为2.00μB,其中Cr²⁺对分子磁矩的贡献较大,而配位体上的碳原子和氮原子的贡献相对较小．讨论了当晶格常数发生小幅变化时材料半金属性的变化.     

J-PARC多峰离子源体积产生效率三维数值模拟研究

深入阐述了拥有自主知识产权的粒子模拟-蒙特卡罗算法, 并采用该算法数值研究了J-PARC多峰离子源放电特性, 分析了J-PARC离子源的放电机理, 并在单、双校正磁体下讨论了该离子源体积产生效率. 结果显示: 在单校正磁体下, 校正磁体中心与离子源顶端相距50 mm时, 体积产生效率最大; 在双校正磁体且固定顶端磁体下, 两磁体相距越大体积产生效率越低.     

45T混合磁体外超导磁体失超保护系统设计北大核心CSCD

由中国科学院强磁场科学中心建成的混合磁体包含着内水冷磁体和外超导磁体两大部件,目前已经成功达到40T的中心磁场,在下一轮实验将冲击45T磁场.作为中国磁场强度最高的稳态强磁场装置,其失超保护系统合理的设计是该磁体安全运行的重要保证.本文详细介绍了45T混合磁体外超导磁体失超保护系统设计,主要包括:同绕线、二次补偿、失超保护电路以及失超保护参数的选取.同时对混合磁体在运行调试期间外超导磁体出现的两次失超与保护动态过程也进行了分析与讨论.     

12T NbTi—Nb3Sn超导磁体装置

本文介绍了有效孔径30.3mm 的 NbTi-Nb_3Sn 混合超导磁体装置的设计、制造和实验的基本情况.该装置在4.2K 的最大工作中心磁场是12T,磁体中心磁场均匀度和电流稳定充分别优于2.7×10~(-3)(1cm DSV)和4×10~(-4)/h,磁体励磁到最大工作中心磁场12T 时所需要的时间为40min.磁体重量为25.4kg.     

45T混合磁体外超导磁体失超保护系统设计

由中国科学院强磁场科学中心建成的混合磁体包含着内水冷磁体和外超导磁体两大部件,目前已经成功达到40T的中心磁场,在下一轮实验将冲击45T磁场.作为中国磁场强度最高的稳态强磁场装置,其失超保护系统合理的设计是该磁体安全运行的重要保证.本文详细介绍了45T混合磁体外超导磁体失超保护系统设计,主要包括:同绕线、二次补偿、失超保护电路以及失超保护参数的选取.同时对混合磁体在运行调试期间外超导磁体出现的两次失超与保护动态过程也进行了分析与讨论.