納米顆粒系統(tǒng)磁學(xué)性質(zhì)的Monte Carlo模擬.pdf

1、納米磁性材料由于其特殊的磁學(xué)性能，近年來，在許多領(lǐng)域受到了廣泛的應(yīng)用。在基礎(chǔ)理論研究中，人們提出了各種描述納米磁性材料的理論；另一方面，計算機計算能力的提高，使得應(yīng)用計算機進行材料設(shè)計成為可能。二者結(jié)合使計算機模擬成為研究納米磁性材料的一種非常有效的手段。本文采用蒙特卡羅模擬方法，首先基于Stoner-Wohlfarth(SW)模型模擬了納米磁性顆粒組成的具有偶極場、交換場和磁各向異性場簡立方結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的磁化特性；其次模擬了納米磁性顆粒組

2、成的無序系統(tǒng)的磁化特性和磁熵變。所做工作和得到的主要結(jié)論如下： (1)從計算機模擬的角度來說：第一，提出了一種產(chǎn)生空間均勻分布單位矢量的方法，該方法簡單可靠；第二，提出了一種直接在實空間中求長程力的高精度方法；第三，在模擬無序系統(tǒng)的磁熵變時提出了一個不同于傳統(tǒng)的計算磁熵變的公式。 (2)從建立模型的角度來說：第一，把二維的SW模型擴展到了三維情況，通過分析，可把三維的情況下具有偶極場、交換場復(fù)雜系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為傳統(tǒng)的二維SW模

3、型處理，對此模型的求解是通過求解四次方程完成的，這為大量求解SW模型做好了準備工作；第二，完全考慮納米磁性顆粒在低溫時的熱擾動，給出了一個修正的蒙特卡羅算法，并解決了和此算法相關(guān)的能量區(qū)域的判定問題。 (3)應(yīng)用修正的蒙特卡羅算法，模擬了納米磁性顆粒組成的具有偶極場、交換場和磁各向異性場簡立方結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的磁化特性。對顆粒之間無相互作用的系統(tǒng)，模擬結(jié)果和實驗具有一定的吻合度。當(dāng)顆粒之間存在相互作用時，詳細討論了鐵磁性交換場與反鐵磁性

4、偶極場的競爭對系統(tǒng)磁化行為的影響。模擬結(jié)果顯示了三種典型的磁滯行為：純磁各向異性場作用下的SW型磁滯、純交換場作用下的矩形磁滯和弱磁各向異性場與強偶極場共同作用下的狹長形磁滯。模擬結(jié)果同時顯示了SW型磁滯出現(xiàn)的溫度區(qū)間小于后兩者。為了更詳盡的闡述兩種作用場的競爭對系統(tǒng)磁化行為的影響，作出了不同溫度下系統(tǒng)的D-J圖，從圖中可以方便的觀察系統(tǒng)的剩磁和矯頑力隨偶極場和交換場的變化關(guān)系。從D-J圖發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的剩磁和矯頑力隨偶極場和交換場呈現(xiàn)比較復(fù)

5、雜的變化關(guān)系。系統(tǒng)的剩磁隨著D的增加快速的減小，系統(tǒng)的剩磁和矯頑力都隨系統(tǒng)溫度的升高而減小。 (4)對無序系統(tǒng)的模擬結(jié)果顯示：系統(tǒng)在低溫時沒有自發(fā)磁化現(xiàn)象，顆粒之間的偶極作用和單個顆粒磁各向異性對系統(tǒng)的磁化起阻礙作用；系統(tǒng)的磁矩對溫度的一階導(dǎo)數(shù)在系統(tǒng)快接近飽和的區(qū)域出現(xiàn)一個極值，并且系統(tǒng)的磁矩對溫度的一階導(dǎo)數(shù)出現(xiàn)極值所對應(yīng)的外磁場和極值的大小隨著磁各向異性能的增加其值有所減?。划?dāng)系統(tǒng)不存在偶極場作用時，系統(tǒng)的磁熵變隨溫度呈單調(diào)遞