磁性多层膜的共振频率及物性研究

【摘要】磁性材料的发展趋势是向小、轻和薄的方向发展。在这一发展趋势的推动下，磁性多层膜材料越来越引起人们的关注。在越来越多的传输装置中，要求微波吸收材料的共振频率拥有更高和更宽的频段，但是提高块体磁性材料的共振频率已经受到限制。理论和实验研究都表明，磁性薄膜材料或多层膜有望扩大相应块体磁性材料的共振频率。然而，经典的方法忽视了量子涨落的影响，使得理论研究做得不尽如人意。为了准确探寻影响磁性多层膜共振频率的因素，并指导薄膜材料的应用，从微观量子的角度研究磁性多层膜的磁学性质和热力学性质具有重要的现实意义。早在二十世纪八十年代，人们就在三明治结构材料铁/铬/铁中发现了巨磁电阻效应，随后在其他一些磁性多层膜中也发现了巨磁电阻效应，巨磁电阻效应在磁存储方面有重要的作用。本论文基于层状薄膜材料铁/铬/铁，提出了三明治结构铁磁-反铁磁-铁磁海森堡模型；基于分子基磁性材料，提出了蜂窝结构反（亚）铁磁-反（亚）铁磁双层海森堡模型。首次将量子理论的研究方法—自旋波理论用于研究上述两种模型的共振频率，应用自旋波理论、霍斯坦—普利马科夫变换和推迟格林函数的方法具体研究了外磁场、层内（层间）交换耦合（磁晶各向异性）和自旋值等参量对系统的共振频率、能隙、磁矩、量子波动、内能和比热的影响。对于三明治结构铁磁-反铁磁-铁磁磁性多层膜的研究结果表明：一定参数下，共振频率的个数和正负号分别与子格的个数和自旋方向相对应；外磁场和磁性多层膜的表面参数对共振频率有着重要的影响。系统存在五个能隙，能隙的宽度受第一层层内磁晶各向异性、第一层层内交换耦合和第一层自旋值的影响。在基态，磁矩表现出量子涨落现象，并且随层间交换耦合的变化不具有对称性。反铁磁性（亚铁磁性）的层间交换耦合和层间磁晶各向异性对子格的量子涨落产生了重要作用。在低温，磁矩都是随着温度的升高而减小，并且当层间相互作用为反（亚）铁磁相互作用时，层内子格磁矩出现了交叉现象。系统的内能和比热均随温度的升高而增加。在其他参数一定的情况下，外磁场等任意一个磁学参量的增强都会使系统的内能和比热减小。对于蜂窝结构反（亚）铁磁-反（亚）铁磁磁性双层膜的研究结果表明：参数一定下，系统存在两个共振频率，外磁场、表面层内交换耦合（磁晶各向异性）和体磁晶各向异性的增强使共振频率的绝对值增加。在一定参数范围内，系统存在一个能隙，能隙的宽度随着体磁晶各向异性、表面层内交换耦合（磁晶各向异性）的增强和自旋值的增大而增加。在基态，体磁晶各向异性减弱了量子涨落，增加了磁矩；表面层内交换耦合（磁晶各向异性）增强了量子涨落，减小了磁矩。在低温，层间交换耦合和外磁场的强弱对两个子格的磁矩有着重要作用，晶格磁矩随温度变化的趋势与已有的实验结果是一致的。在其他参数一定的情况下，系统的内能和比热都随着温度的升高而增加，随着磁学参量的增强而减小。
【作者】张凡；
【导师】姜伟；
【作者基本信息】沈阳工业大学，电工理论与新技术，2014，博士
【关键词】磁性多层膜；共振频率；能隙；量子波动；比热；

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