基于Stoner-Wohlfarth 模型磁性纳米颗粒的磁化反转 - 物理学进展.PDF

第 36 卷 第 1 期 物 理 学 进 展 Vol.36 No.1 2016 年 02 月 PROGRESS IN PHYSICS Feb. 2016 基基基于于于 模模模型型型磁磁磁性性性纳纳纳米米米颗颗颗粒粒粒的的的磁磁磁化化化反反反转转转 12 3 1∗ 韦文森 ，杜安 ，杜海峰 中国科学院强磁场科学中心，合肥 中国科学技术大学微尺度国家实验室，合肥 东北大学物理学院，沈阳 摘摘摘要要要 纳米磁性材料由于其特殊的磁学性能，近年来，在许多领域受到了广泛的应用。在基础理 论研究中，人们提出了各种描述纳米磁性材料的理论；另一方面，计算机计算能力以及实验手段 的提高，使得应用计算机进行材料设计以及探测单个纳米颗粒的磁学特性成为可能。这使得人们 对纳米磁性材料的理解更加深入。本篇论文介绍了磁性纳米颗粒的磁化反转机制的基本理论与实 验研究的必威体育精装版进展。本文首先从磁性材料中基本的相互作用入手说明这些相互作用在纳米尺度下 的表现形式，随后详细介绍了基于Stoner-Wohlfarth 模型计算机模拟方法，最后简单介绍两种 可以用来研究单个纳米颗粒磁化反转实验手段以及相关的实验结果。 关关关键键键词词词: 磁性纳米颗粒；磁化反转；Stoner-Wohlfarth 模型；Monte Carlo 模拟；磁共振力显 微镜；电子全息技术 中中中图图图分分分类类类号号号：：：O482 文文文献献献标标标识识识码码码：：：A 10.13725/j.cnki.pip.2016.01.001 目 录 引言 引言 纳米科学技术是二十世纪 80 年代末诞生并正在 基本概念以及研究进展 蓬勃发展的一种高新技术。它的内容是在纳米尺度范 纳米颗粒的磁性理论 围内认识和改造自然，通过直接操纵和安排原子、分 磁性材料的基本相互作用 子而创造新物质。它的出现标志着人类改造自然的能 单畴临界尺寸 模型 力已延伸到原子、分子水平，标志着人类进入了一个 纳米颗粒的计算机模拟 新时代— 纳米科技时代。许多科学家预测，纳米科 方法简介 技必将成为 21 世纪的主导新技术之一。 纳米颗粒系统中常用的 方法 典型模拟结果 纳米材料学是纳米科技的重要组成部分，它指 磁化反转过程的实验观察 的是：材料的组成相或晶粒结构控制在 100 nm 以 磁性纳米颗粒集合的集体磁化行为 下的长度尺寸的材料，分为两个层次，即纳米超微 单个颗粒磁化反转过程的磁共振力显微镜探 测 粒子与纳米固体材料。纳米超微粒子是指粒子尺寸 单个颗粒磁化反转过程的电子全息技术探 为 1∼100 nm 的颗粒；纳米固体是指由纳米超微粒子 测 制成的固体材料，纳米材料由于其新奇的物理化学特