順磁性物質(zhì)的磁和磁光特性以及低功耗MnZn鐵氧體的研究.pdf

1、本文工作分為兩部分。第一部分為強(qiáng)磁場下順磁性物質(zhì)的磁和磁光特性的研究，第二部分為低功耗MnZll鐵氧體材料的研制。 近年來，實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，磁性材料在強(qiáng)磁場條件下出現(xiàn)了一些新穎的磁和磁光特性，諸如順磁性物質(zhì)的磁飽和特性，F(xiàn)araday磁光效應(yīng)的溫度和非線性特性，F(xiàn)araday旋轉(zhuǎn)的“不飽和性”和特殊的Faraday磁光譜特性等，目前關(guān)于這些磁和磁光特性的理論工作明顯滯后于實(shí)驗(yàn)研究。 本文首先應(yīng)用經(jīng)典理論解釋了強(qiáng)磁場下順磁性

2、氟化釹NdF<,3>的磁特性。對不同溫度下順磁性NdF<,3>的磁化強(qiáng)度隨外磁場的變化進(jìn)行了理論擬合。研究表明，NdF<,3>在順磁狀態(tài)下磁性離子之間的交換作用不能忽略，且交換作用系數(shù)隨溫度的變化而變化。 接著，從量子理論出發(fā)，采用嚴(yán)格求解哈密頓量的方法，討論分析強(qiáng)磁場下順磁性ErGaG和NdGaG的磁化微觀機(jī)制?？紤]了晶場作用、自旋．軌道耦合、(間接)交換作用、多重項(xiàng)耦合對ErGaG和NdGaG磁特性的影響，定量計(jì)算了強(qiáng)磁場下

3、順磁性ErGaG和NdGaG材料的磁飽和特性，理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合很好。理論研究表明，順磁性ErGaG和NdGaG內(nèi)部稀土離子之間的間接交換作用對其磁化影響較大，因而計(jì)算中不可忽略，且在ErGaG中交換作用顯示了很強(qiáng)的各向異性。本文研究發(fā)現(xiàn)多重項(xiàng)耦合對ErGaG的磁特性影響較小，而對NdGaG材料磁化的貢獻(xiàn)較大。并且，文中分析了NdGaG磁化的溫度特性，得到了溫度高于100K時NdGaG磁化滿足居里一外斯定律，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)吻合很好。

4、 最后，研究了強(qiáng)磁場下順磁性物質(zhì)磁光效應(yīng)的非線性和互易性。首先從經(jīng)典磁光理論出發(fā)，考慮順磁性物質(zhì)中的交換作用，推導(dǎo)了強(qiáng)磁場下光通過順磁性物質(zhì)所引起的比法拉第旋轉(zhuǎn)θ<,F>隨外磁場H<,e>的變化關(guān)系。理論表明，在弱磁場下，θ<,F>與H<,e>成線性關(guān)系；外磁場較強(qiáng)時，θ<,F>與H<,e>成復(fù)雜的非線性關(guān)系，且法拉第磁光效應(yīng)存在著互易性。文中亦研究了低溫強(qiáng)磁場下順磁性NdF<,3>的法拉第磁光效應(yīng)，證實(shí)了NdF,3>的V<,P

5、>/X在溫度為18K和100K左右處分別出現(xiàn)最大值和最小值。其次，從量子理論出發(fā)，應(yīng)用基態(tài)雙能級模型，研究了強(qiáng)磁場下順磁性物質(zhì)法拉第效應(yīng)的非線性和互易性，并詳細(xì)分析了影響法拉第效應(yīng)非線性和互易性的因素。本文第二部分主要關(guān)于低功耗MnZn鐵氧體的研制。隨著世界軟磁鐵氧體生產(chǎn)中心向亞太地區(qū)轉(zhuǎn)移，我國功率鐵氧體研究也得到了快速發(fā)展，但其研究水平與日本、歐美等發(fā)達(dá)國家相比仍有一定差距，因此，加大對高性能功率鐵氧體新材料研發(fā)力度、縮短新材料研發(fā)周

6、期已成為我國軟磁材料研究工作者的共識。 本文詳細(xì)研究了鐵氧體的制備工藝，分析了燒結(jié)過程中的物理和化學(xué)變化以及溫度和氣氛控制。介紹了組合合成和高通量篩選技術(shù)，以及該技術(shù)在新材料研制領(lǐng)域中的技術(shù)優(yōu)勢。首次提出了應(yīng)用組合合成和高通量篩選技術(shù)研制低功耗MnZn鐵氧體材料的方法和技術(shù)思路。應(yīng)用該技術(shù)，本文在較短時間內(nèi)，成功研制了磁性能較為優(yōu)越，能使用于較寬頻率范圍，并具有較好寬溫特性的低功耗MnZn鐵氧體材料。 本文還探討了功率M

7、nZn鐵氧體的損耗機(jī)制，分析了不同摻雜對低功耗MnZn鐵氧體功耗的影響，研究了摻雜對功率鐵氧體居里溫度的影響以及將原材料Fe<,2>O<,3>和Mn<,3>O<,4>作為添加物對鐵氧體性能的影響。燒結(jié)是功率鐵氧體研制過程中極為重要的一個環(huán)節(jié)，本文研究了樣品擺放方式以及燒結(jié)溫度的選擇對低功耗摻雜鐵氧體性能的影響。最后，文中給出了實(shí)驗(yàn)所使用的最佳燒結(jié)溫度曲線和氣氛控制曲線，以及應(yīng)用組合合成和高通量篩選技術(shù)研制的低功耗摻雜鐵氧體材料的性能特征