动态悬臂梁测磁学研究：超越单轴磁各向异性

发布时间：2021-07-03 00:52

　　磁性材料与我们的生活息息相关。而纳米磁性材料,因为其在生物医药,磁传感,磁成像以及高密度磁存储等方面的应用,引发了大家的广泛关注。为了更好的达到应用目标,我们需要完整研究这些纳米磁性样品的磁性质。已有的商业仪器,如超导量子干涉器件（SQUID）,振动样品磁强计（VSM）等,受限于灵敏度,无法测量单个的纳米磁性样品。动态悬臂梁测磁学,作为近年来才出现的一种新的测磁学方法,因为其高灵敏度,对样品形貌无要求,适用温度范围广等特点,被认为是测量单个纳米磁性样品的有效手段。然而,已有的理论模型仅能用于处理具有单轴磁各向异性样品的实验结果,对于非单轴样品,则只能进行一些简单的定性分析。这极大的限制了动态悬臂梁测磁学的发展。本文中我们提出了一种新的方法来处理动态悬臂梁测磁学数据,利用该方法我们得到了具有复杂各向异性样品CoFe2O4纳米金字塔的各向异性并分析了其物理来源。我们认为这个新的模型拓展了动态悬臂梁测磁学的应用范围,对动态悬臂梁测磁学的发展起到了一定的推动作用。本文主要分为下面四个部分:前三章的内容主要为背景回顾、方法介绍、文献综述。第一章我们介绍了悬臂梁测磁学的发展历史,提出了它存在的问题... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

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【学位级别】：博士

【部分图文】：

图２＿１静态悬臂梁测磁学原理图

?第２章悬臂梁测磁学??；／５?，??ｆ??Ａ：ｅｆｆ???Ｆ??图２＿１静态悬臂梁测磁学原理图。磁性样品（浅蓝色）放置于悬膂梁（红色）的尖端，静??态悬臂梁测磁学测量的是这个简谐振子受到的力（仏）或者是位移⑶丨叫．??学的基础上，进一步提高了测量灵敏度，同时不易受低频噪声的影响。下面我们??介绍一下动态悬臂梁测磁学的原理。??与静态悬臂梁测磁学不同，动态悬臂梁测磁学测量的是悬臂梁的共振频率??的变化。每一个悬臂梁本身都有其固有的共振频率。然而磁性样品在外磁场的作??用下，会产生一个额外的磁弹性系数。它改变了悬臂梁的有效弹性系数，进而对??悬臂梁的共振频率造成改变。这种通过悬臂梁共振频率的变化来研宄样品磁性??的方法称为动态悬臂梁测磁学。动态悬臂梁测磁学可以用图２．２来描述其原理。??＼ｆｙ??Ｖ??ｋｍ??——ｍｍ——??图２．２动态悬梁测磁学原理图？磁性样品（浅蓝色）放置于悬臂梁（红色）的尖端，它??隨动可以被看成是４简谐鮮？动态悬臂娜磁＾１８量的越个简谐振子弹性??系敷的变化（共振频率的交化）丨２２丨。??在动态悬臂梁测磁学基础上，还有一种锁相模式动态悬臂梁测磁学。通过在??１０??

第２章悬臂梁测磁学??ｍ??靜烫??＇ｐ??＇ＨＵｙｘ??图２．３振动的悬臂梁示童图．灰色的部分为实驗用的悬臂梁，悬臂梁下方的绿色部分为待??测样品，悬臂梁的偏转角为Ｖ＞１２０１?？??将式２．５带入式２．４中，我们可以得到：??养—秦（：｜?Ｊ?—［（氧Ｊ卜??＝－（ｍｊ－ｈ假）卜－??这里＾和＾分别是磁自由能五ｍ关于偏转角＾的一阶导数和二阶??导数。如＾＿们把悬臂自由端的运动看成一个阻尼谐振子的话，那么它的运动??方程可以表示为??ｍｅｘ?＋?ｒｉ?＝?（２．７）??悬臂梁尖端的位移ｘ?＝?Ｚｅｓｉｎ０。因为悬臂梁的偏转角远远小于１度，所以我们可??以将位移近似表示成工《?将式２．６代入式２．７中，我们可以得到下面的式子：??ｍｅｉ?＋?Ｖｉ＋＼ｋＱ?＋?Ｕ＾?）■?（２－Ｓ）??＿?ｉｔ?ｓｖ＞２?＾＝〇ｙｊ?ｈ?＼?ｄｉ／ｊ?＾＝０ｊ??通过式２．８，我们发现，由于磁性样品的缘故，悬臂梁的弹性系数增加了一项??１２??

【参考文献】：
博士论文
[1]异质结构薄膜的垂直磁各向异性和自旋霍尔效应[D]. 李刚.中国科学院大学(中国科学院物理研究所) 2019



本文编号：3261525