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蜂窝状单层膜磁学性质的Monte Carlo模拟

作　者: 高茜
导　师: 杜安
学　校: 东北大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 蜂窝状单层膜 Monte Carlo方法 4-自旋相互作用磁相变磁熵变磁各向异性
分类号: O482.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

基于磁性薄膜在实际应用中所具有的重要价值,以及国内外对其研究状况,本文选取了一个蜂窝状(六角构形)的磁性单层膜作为研究对象,应用Monte Carlo方法对其磁学性质进行了模拟研究。根据研究的具体内容,分别采用了Ising模型和横向Ising模型进行理论处理。与传统的Ising模型所不同的是本研究中的Ising模型不仅考虑了最近邻格点之间的对自旋相互作用,还考虑了包括最近邻、次近邻格点在内的4-自旋相互作用。本文依次研究了平面蜂窝状单层膜的自发磁化特性,技术磁化特性和磁化行为的各向异性。研究结果如下：(1)系统的自发磁化性质除了受到热运动和对自旋相互作用的影响,还受4-自旋相互作用的影响。因此,可以按照4-自旋相互作用的相对强度将系统划分为铁磁性、亚铁磁性和反铁磁性。在超低温条件下,4-自旋相互作用对系统的能量和磁化强度及相变温度都有很大影响。模拟结果与相应的严格解在定性上是一致的。这一结论表明,在处理具有多自旋相互作用的磁性相变问题方面,Monte Carlo方法是一种较为有效的方法。(2)对系统施加纵向外磁场后,铁磁性系统和亚铁磁性系统仍然有一级相变发生,相变温度依赖于4-自旋相互作用的大小；反铁磁性系统的相变类型则与外磁场的大小有关。当外磁场较大时,反铁磁性系统发生一级相变,并且有重入行为；当外磁场较小时,反铁磁性系统发生二级相变。当温度较低时,系统的磁化曲线明显地受到4-自旋相互作用的影响。4-自旋相互作用越强,系统达到饱和磁化强度的速度越快。当外磁场较小时,系统的磁熵变受4-自旋相互作用的显著影响。铁磁性系统和亚铁磁性系统的磁熵变始终为负值,它与温度关系曲线呈抛物线形,在临界点处出现负磁熵变的极大值。表明在相变时,系统等温放热有极大值；而反铁磁性系统在低温区,出现了正的磁熵变。说明具有二级相变的系统出现了在低温处加磁吸热的异常现象。这是诸多相互作用在彼此剧烈竞争,使系统产生了阻挫(竞争相互作用)的结果,说明4-自旋相互作用也在其中扮演了重要角色。(3)在平行于传统Ising模型自旋的Z方向(纵向)和垂直于Z方向的X方向(横向)同时有外部磁场作用于系统时,不同方向磁化曲线也依赖于4-自旋相互作用。在Z方向,铁磁性系统比亚铁磁性系统容易达到饱和磁化强度,在X方向正好相反。但是它们在X方向达到饱和磁化强度的速度远远低于Z方向的。因而,可以判定Z方向为易磁化轴方向, X方向为难磁化轴方向。即使是没有自发磁化的反铁磁性系统,X方向与Z方向的磁化曲线也不象各向同性的顺磁系统那样完全相同。说明自旋间的相互作用对磁化行为的各向异性是有影响的。

全文目录

中文摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第1章绪论  12-27
  1.1 选题的背景和意义  12
    1.1.1 选题的背景  12
    1.1.2 选题的意义  12
  1.2 磁性基本理论  12-21
    1.2.1 物质磁性的分类  12-13
    1.2.2 物质磁性与原子磁矩  13-14
    1.2.3 关于磁性本质的学说  14-17
    1.2.4 物质磁性与自旋构形的关系  17-18
    1.2.5 磁性相变  18
    1.2.6 关于磁性相变的理论模型  18-19
    1.2.7 研究Ising模型常用的近似方法  19-21
  1.3 国内外相关研究状况  21-22
  1.4 本研究的内容  22-23
  1.5 本研究采用的方法  23-27
    1.5.1 Monte Carlo方法  23-24
    1.5.2 Monte Carlo模拟方法在本文中的应用  24-25
    1.5.3 周期性边界条件  25-27
第2章蜂窝状单层膜的自发磁化性质  27-39
  2.1 自发磁性相变  27-28
  2.2 理论分析  28-30
  2.3 模拟结果与讨论  30-37
    2.3.1 4-自旋相互作用对能量的影响  30-32
    2.3.2 4-自旋相互作用对系统自发磁化强度的影响  32-34
    2.3.3 4-自旋相互作用对相变温度的影响  34-36
    2.3.4 4-自旋相互作用对相变类型的影响  36-37
  2.4 本章小结  37-39
第3章蜂窝状单层膜的技术磁化性质  39-52
  3.1 外磁场作用下的磁性相变和磁熵变  39
    3.1.1 外磁场作用下的磁性相变  39
    3.1.2 外磁场诱发的磁熵变  39
  3.2 理论分析  39-40
  3.3 模拟结果与讨论  40-50
    3.3.1 外场对磁化强度的影响  40-42
    3.3.2 磁化曲线  42-45
    3.3.3 外场对磁化率的影响  45-46
    3.3.4 外场对能量和比热的影响  46-48
    3.3.5 系统的磁熵变  48-50
  3.4 本章小结  50-52
第4章蜂窝状单层膜磁化行为的各向异性  52-64
  4.1 磁化行为的各向异性及其微观机制  52-56
    4.1.1 磁化曲线与磁滞回线  52-55
    4.1.2 磁晶的各向异性能  55
    4.1.3 磁晶各向异性的微观机制  55-56
  4.2 薄膜的磁各向异性  56-57
  4.3 理论分析  57-58
  4.4 模拟结果与讨论  58-62
    4.4.1 磁化强度与温度的关系  58-61
    4.4.2 磁化曲线  61-62
  4.5 本章小结  62-64
第5章结论  64-66
参考文献  66-70
致谢  70-71
作者简介  71-72
攻读学位期间发表的论著及科研情况  72

蜂窝状单层膜磁学性质的Monte Carlo模拟

内容摘要

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