胶体铁磁流体的光子特性研究(英文)

这篇综述回顾了我们近年来在铁磁流体方面的一些研究工作。铁磁流体是一种纳米铁磁颗粒或亚铁磁颗粒悬浮在基液(如:水或煤油)中形成的悬浮液。铁磁流体之所以受到广泛关注,是因为它们在许多方面都有着潜在应用,例如在机械工程和生物医学等领域。在此综述中,我们首先介绍了铁磁流体的场感应各向异性结构,然后,介绍了几种铁磁流体基软物质材料的光学性质,即:光学负折射、磁控光子带隙和非线性光学响应。我们采用的研究方法主要是分子动力学模拟,有效媒质近似和有限元模拟。     

交换偏置系统中的反铁磁磁化与自旋波

采用自由能变分法研究了铁磁/反铁磁双层膜系统在反铁磁层存在净磁化下的自旋波谱.本模型中铁磁薄层具有单轴磁晶各向异性和立方磁晶各向异性,反铁磁层仅具有单轴磁晶各向异性,但厚度有限,推导出了系统铁磁共振频率的表达式.结果表明：系统的自旋波谱分光学模和声学模两种,其中光学模仅在反铁磁层存在净磁化时得到激发.自旋波谱可按外磁场强度的变化情况分为强弱两支;区分强磁场和弱磁场的临界场依赖于铁磁/反铁磁间的交换作用,反铁磁层的磁化强度以及反铁磁层的厚度等.交换偏置场对光学模的影响明显于声学模,而反铁磁的净磁化和其厚度对系统的影响紧密联系,难以区分.但当反铁磁层净磁化很小可忽略时,系统只存在声学模激发. 关键词： 铁磁/反铁磁双层膜 反铁磁层净磁化 光学模 声学模     

磁性流体薄片高电压电流光学测量的研究

研究一种用磁性流体薄片对高压电流进行光学测量的电流传感器。设计原理基于磁性流体的光透射率随垂直磁场强度的变化而变化的关系。磁性流体受到垂直外磁场作用,原先无序的磁性颗粒将凝聚在一起形成条条磁链,从而引起磁性流体的光透射率的变化。采用磁性流体作为传感媒介设计的传感结构避免了基于法拉第效应的光磁式电流互感器对环境干扰敏感造成信噪比不高和传统的电磁式电流互感器的高压绝缘的缺陷。通过改变磁性流体的浓度和基液,或者改变传感头的结构,来达到实际需要的传感灵敏度和响应时间。     

利用中子散射研究铁基超导体的磁结构

铁基超导材料的高温超导电性发生在反铁磁不稳定的区域,因此其母体的磁结构获得了广泛而深入的研究。文章简要综述了中子散射对铁基超导体磁结构的研究结果,主要按FeAs基和FeSe基两类材料进行介绍。另外,文章还介绍了掺杂导致超导时对一些体系的反铁磁序的影响。     

利用中子散射研究铁基超导体的磁结构

铁基超导材料的高温超导电性发生在反铁磁不稳定的区域,因此其母体的磁结构获得了广泛而深入的研究。文章简要综述了中子散射对铁基超导体磁结构的研究结果,主要按FeAs基和FeSe基两类材料进行介绍。另外,文章还介绍了掺杂导致超导时对一些体系的反铁磁序的影响。     

基于基液连续假设的大体系Cu-H2O纳米流体输运特性的模拟研究

分子动力学模拟是研究纳米流体的输运特性的重要手段, 但计算量庞大. 为研究能体现流动传热过程的大体系纳米流体的输运特性, 本文对基液采用连续介质假设, 将基液的势能拟合在纳米团簇的势能中, 大幅度减小了计算量, 使得大体系输运特性的模拟成为可能, 且模拟结果与多组实验结果吻合较好. 采用此方法模拟研究了速度梯度剪切对Cu-H₂O纳米流体颗粒聚集过程和聚集特性的影响, 进而对Cu-H₂O纳米流体在流动传热过程中的热导率和黏度进行了模拟计算, 定量揭示了宏观流动传热过程中不同的速度梯度、速度、平均温度和温度梯度对于Cu-H₂O纳米流体热导率和黏度的影响.     

原子漏斗及其应用

文章简单介绍了磁、光原子漏斗的基本原理,详细综述了各种原子漏斗方案及其实验结果.这些漏斗方案主要包括采用红失谐高斯光束、蓝失谐消逝波光场和空心光束串联而成的光学原子漏斗,采用载流导线的静磁原子漏斗以及采用磁光凝胶构成的磁光原子漏斗.文章最后还简单介绍了原子漏斗在原子光学领域中的潜在应用.     

第20届亚洲物理奥林匹克竞赛实验试题介绍与解答

第20届亚洲物理奥林匹克竞赛实验题为铁磁流体,试题包括铁磁流体的静态响应和铁磁流体中的波脉冲.铁磁流体的静态响应部分设置4个问题:静态测试,研究铁磁流体的表面张力,用光学方法测量有、无尖刺时液体的表面特征.铁磁流体中的波脉冲部分设置4个问题:研究平面波脉冲,深度变化的流体中的波脉冲,波及其磁效应,强磁场中铁磁流体的内部特征.本文详细介绍了竞赛试题的内容,并给出试题的解答.     

空域模拟光学计算器件的研究进展

空域模拟光学计算器件具备高通量、实时性和低能耗的信息处理能力.光学超构材料结构紧凑、对光波具有强大调控能力,可被用于构建小型化、集成化的空域模拟光学计算器件.目前空域模拟光学计算器件的研究根据设计方法主要分为4F系统法和格林函数法两类. 4F系统法需要两个傅里叶变换透镜和一个空间频率滤波器,实际模拟计算过程是在空域完成的,结构较为庞大复杂.格林函数法直接利用特别设计的光学材料的非局域响应在空间频率域实现模拟计算过程,不需要额外的傅里叶变换组件,结构简单.本文按照这两种设计方法介绍了近几年来空域模拟光学计算器件的研究进展,根据计算功能又分为微分器、积分器、方程求解器和空间频率滤波器,阐述了这些器件的设计方法.其后介绍了新近提出的利用自旋轨道耦合作用实现空域模拟一阶微分的计算器件.最后对空域模拟光学计算器件应用场景和研究前景进行了讨论和分析.     

第五讲 自旋极化输运及隧道巨磁电阻效应

简要回顾了利用量子隧道效应测定铁磁金属传导电子自旋极化率的研究历史，综述了自旋极化电子隧穿产应导致的“铁磁金属／非磁绝缘体／铁磁金属”三层平面型隧道结中的巨磁电阻效应以及“铁磁金属／非磁绝缘体”颗粒膜系统中的隧穿类型巨磁电阻效应的研究进展。     

基于双极子模型的纳米钙钛矿锰氧化物低场磁阻行为模拟研究

为理解处于铁磁金属区的掺杂钙钛矿纳米锰氧化物陶瓷体系中低场下的磁致电阻效应,本文提出了一个考虑磁矩间相互作用和磁晶各向异性能的双极子模型.理论分析和计算机模拟研究表明,这个模型能够较好地解释该Z体系在低温下的磁性行为,从而能够较好地理解颗粒间自旋极化隧穿导致的磁致电阻效应.我们还在此基础上就相似体系做了简要讨论.     

颗粒聚集对纳米流体强化换热影响浅析

本文采用数值模拟的方法初步研究了颗粒聚集对纳米流体强化换热性能的影响。在流体中随机生成纳米颗粒团聚状态,并对其热性能进行数值模拟,结果表明,纳米颗粒的聚集将会导致流体换热性能的下降,降低程度与纳米颗粒体积分数以及聚集程度有关。     

Co掺杂闪锌矿ZnO的磁性和光学性质

采用自旋极化密度泛函理论方法对Co掺杂闪锌矿ZnO的能带结构、态密度、磁学和光学属性进行了研究.计算结果显示:Co掺杂闪锌矿ZnO的基态是反铁磁态,具有金属性特征;而铁磁态具有半金属性特征.铁磁耦合在费米能级附近出现了明显的自旋劈裂现象,表现出明显的不对称性和强烈的Co 3d和O 2p杂化效应.磁矩主要来源于Co 3d轨道电子以及部分近邻耦合的O 2p轨道电子,大小与Co原子的掺杂位置有关.光学性质计算结果显示,Co掺杂闪锌矿ZnO在可见光范围内都有较强的光吸收能力,吸收峰在高能区发生了红移现象.理论计算结果表明,Co掺杂闪锌矿ZnO或许是一种优异的磁光材料.     

可压缩颗粒圆孔射流并行直接数值模拟算法研究

对空间模式发展的气固两相圆孔射流中颗粒与流体双相耦合作用进行了并行环境下的直接数值模拟算法研究。气相流场采用可压缩的N-S方程直接求解。计算颗粒场时,采用Lagrangian方法跟踪实际的颗粒运动。利用并行求解算法,实现了颗粒穿越边界面的模拟。为了模拟颗粒对流体的作用,考虑了颗粒和流体的双相耦合。在本文的计算条件下,颗粒的直径远小于网格的间距,平均的Kolmogorov尺度和网格的间距在一个量级,保证了DNS的要求。气相和颗粒相的应力与实验的对比研究表明,本文的颗粒并行程序是可信的。     

磁电子学讲座 第五讲 自旋极化输运及隧道巨磁电阻效应

简要回顾了利用量子隧道效应测定铁磁金属传导电子自旋极化率的研究历史．综述了自旋极化电子隧穿效应导致的“铁磁金属／非磁绝缘体／铁磁金属”三层平面型隧道结（简称ＦＭ／Ｉ／ＦＭ隧道结）中的巨磁电阻效应以及“铁磁金属／非磁绝缘体”颗粒膜系统中的隧穿类型巨磁电阻效应的研究进展．     

铁磁流体的静态响应与波脉冲——第20届亚洲物理奥林匹克竞赛实验试题解答

<正>铁磁流体是一种新型的功能材料,其既具有固体磁性材料的磁性,也具有液体的流动性,在施加外磁场时具有强烈响应。铁磁流体的特殊性质使得其在光学调制、传感器、生物医学等领域有着重要应用前景。第20届亚洲物理奥林匹克竞赛实验题目就是研究铁磁流体的静态响应与波脉冲。本文在大赛提供的答案的基础上对本题进行了重新解答。     

铁基超导体中的长程反铁磁序

文章回顾了用中子散射技术对铁基超导体中所存在的三维长程反铁磁序进行研究的进展. 大多数铁基超导体母体的晶体结构在温度降低时都经历了从四方相变化到正交相或单斜相的结构相变. 在此相变温度之下,自旋系统也从顺磁变化到三维长程反铁磁. 在掺杂之后,结构相变和磁相变都被压制,而超导则最终出现. 文章详细介绍了各种母体中的三维反铁磁结构及其自旋波频谱,并讨论了掺杂对反铁磁相变和晶格相变的影响.     

铁基超导体中的长程反铁磁序

文章回顾了用中子散射技术对铁基超导体中所存在的三维长程反铁磁序进行研究的进展.大多数铁基超导体母体的晶体结构在温度降低时都经历了从四方相变化到正交相或单斜相的结构相变.在此相变温度之下,自旋系统也从顺磁变化到三维长程反铁磁.在掺杂之后,结构相变和磁相变都被压制,而超导则最终出现.文章详细介绍了各种母体中的三维反铁磁结构及其自旋波频谱,并讨论了掺杂对反铁磁相变和晶格相变的影响.     

磁流化床强化烟气脱硫反应机理研究

磁流化床对脱硫反应的强化作用分铁磁颗粒强化和磁场强化两方面.铁磁颗粒强化体现在铁磁颗粒对SO2脱除具有催化氧化作用;磁场强化,体现在磁场能增强Ca(OH)2的溶解度,从而增强Ca(OH)2浆滴的脱硫能力.磁流化床烟气脱硫的试验研究结果证实了上述分析的正确性.     

电学方法调控磁化翻转和磁畴壁运动的研究进展

电学方法调控磁性材料及器件的磁性是当前自旋电子学研究的热点之一.本综述简要介绍利用电学方法调控磁化翻转和磁畴壁运动的研究进展.首先简述了自旋极化电流的产生、自旋流与局域磁矩之间的作用原理以及对应的Landau-Lifshitz-Gilbert-Slonczewski磁动力学方程;然后分别讨论了单层磁性材料、铁磁层/重金属、铁磁层/非磁金属/铁磁层等不同结构中的电流诱导磁化翻转或驱动畴壁运动;最后介绍了利用压电效应、磁电耦合效应和栅极电场效应三种电压方式对磁矩的调控.在此基础上,对电学方法调控磁化翻转和磁畴壁运动进行了总结和展望.