磁力显微镜磁畴结构
MFM
磁力显微镜
磁力显微镜(MFM) 磁力显微镜(Magnetic Force Microscope,MFM)采用磁性探针对样品表面扫描检测，检测时，对样品表面的每一行都进行两次扫描：第一次扫描采用轻敲模式，得到样品在这一行的高低起伏并记录下来；然后采用抬起模式，让磁性探针抬起一定的高度(通常为10～200nm)，并按样品表面起伏轨迹进行第二次扫描，由于探针被抬起且按样品表面起伏轨迹扫描，故第二次扫描过程中针尖不接触样品表面（不存在针尖与样品间原子的短程斥力）且与其保持恒定距离（消除了样品表面形貌的影响），磁性探针因受到的长程磁力的作用而引起的振幅和相位变化，因此，将第二次扫描中探针的振幅和相位变化记录下来，就能得到样品表面漏磁场的精细梯度，从而得到样品的磁畴结构。
一般而言，相对于磁性探针的振幅，其振动相位对样品表面磁场变化更敏感，因此，相移成像技术是磁力显微镜的重要方法，其结果的分辨率更高、细节也更丰富。
1. 在样品表面扫描，得到样品的表面形貌信息，这个过程与在轻敲模式中成像一样； 2. 探针回到当前行扫描的开始点，增加探针与样品之间的距离（即抬起一定的高度），根据第一次扫描得到的样品形貌，始终保持探针与样品之间的距离，进行第二次扫描。
在这个阶段，可以通过探针悬臂振动的振幅和相位的变化，得到相应的长程力的图像； 3. 在抬起模式中，必须根据所要测量的力的性质选择相应的探针。
与其他磁成像技术比较,磁力显微镜(MFM)具有分辨率高、可在大气中工作、不破坏样品而且不需要特殊的样品制备等优点。
静电力显微镜(EFM)和磁力显微镜(MFM)原理相似，它采用导电探针以抬起模式进行扫描。
由于样品上方的电场梯度的存在，探针与样品表面电场之间的静电力会引起探针微悬臂共振频率的变化，从而导致其振幅和相位的变化。
利用磁力显微镜观察铁镍合金丝的磁畴结构
第16卷 第3期2009年6月 金属功能材料Metallic Functional Materials Vol 116, No 13J une , 2009利用磁力显微镜观察铁镍合金丝的磁畴结构夏 天1,张新喜1,高学绪2(1.装备指挥技术学院士官系,北京 102249;2.北京科技大学新金属材料国家重点实验室,北京 100083)摘 要:本文介绍了磁力显微镜的起源和基本原理,以及应用状况。
尝试了用磁力显微镜观察铁镍合金和铁镍合金丝的纵截面磁畴结构,并比较了退火前后合金丝的磁畴结构的变化。
分析了拉拔应力以及退火对铁镍合金磁织构的影响。
关键词:磁力显微镜;铁镍合金丝;磁畴结构中图分类号:T G 13212 文献标识码:A 文章编号:1005-8192(2009)03-0016-05Observation of Magnet Domain Structure ofIron Nickel Alloy Wire by MFMXIA Tian 1,ZHAN G Xin 2xi 1,GAO Xue 2xu 2(11Petty Officers Department of Academy of Equipment Command &Technology ,Beijing 102249,China ;21State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials ,University of Science andTechnology Beijing ,Beijing 100083,China )Abstract :In this paper ,the origin ,f undamental principle and applications of magnetic force microscopy (MFM )was introduced for the observation of magnetic domain structures 1The observation experiment of magnet domain of iron nickel alloy and wire by MFM was made ,and the differences betwen magnet domain structure of alloy wires an 2nealed and unannealed were discussed 1The influence of tension stress and annealing on the degree of orientation of domain structure was analyzed 1K ey w ords :magnetic force microscopy (MFM );Fe 2Ni alloy wire ;magnetic domain structure作者简介:夏 天,男(1977-),安徵庐江人,汉族,硕士研究生,讲师,从事磁致伸缩材料研究。
磁性材料的微观结构分析与控制
磁性材料的微观结构分析与控制磁性材料是一种在外加磁场下会生成磁化强度的物质。
它们广泛应用于电子和电动机、传感器和医学成像等领域。
磁性材料的性能与其微观结构密切相关，因此对其微观结构的分析和控制具有重要意义。
在磁性材料中，磁性原子或离子是构成磁性相互作用的基本单位。
它们的磁性来源于其电子自旋和轨道磁矩。
磁性材料中存在着许多微观结构，如晶体结构、晶粒结构、晶界和磁畴结构等。
首先，晶体结构是磁性材料微观结构的一大要素。
晶体结构决定了磁性材料的晶体对称性和晶体缺陷。
对于铁磁性材料来说，具有体心立方、面心立方和六角密排等不同晶体结构。
这些晶体结构中的原子排列方式和晶体对称性直接影响了材料的磁性能。
例如，在铁磁性材料中，面心立方结构具有较高的磁化强度，而体心立方结构则具有较低的磁化强度。
其次，晶粒结构也对磁性材料的性能产生了显著影响。
晶粒是由一定数量的晶体构成的，它们在材料中的分布、形状和尺寸是影响磁性材料磁性能的重要因素。
较大的晶粒尺寸会导致磁性材料具有较低的矫顽力和剩余磁感应强度，而较小的晶粒尺寸则会增强材料的矫顽力和剩余磁感应强度。
此外，晶界也是晶粒结构的一部分，它们是相邻晶粒之间的界面区域。
晶界对磁性材料的磁性能产生了重要影响，通常会减弱材料的磁化强度和矫顽力。
最后，磁畴结构是磁性材料微观结构中的一个关键要素。
磁性材料中的磁畴是由一定数量的有序排列的磁性原子或离子组成的。
在无外界磁场的情况下，磁畴以随机方向排列。
施加外界磁场后，磁畴会发生重新排列，并出现磁畴壁结构。
磁畴壁是两个不同方向磁畴之间的过渡区域，磁畴壁的结构和性质对磁性材料的磁性能影响巨大。
控制磁畴和磁畴壁的结构可以调节磁性材料的磁性能。
为了对磁性材料的微观结构进行分析和控制，科学家们运用了许多技术手段。
其中，X射线衍射和电子显微镜是最常用的手段之一。
X射线衍射可以用于测定材料的晶体结构，并研究晶体缺陷、晶粒尺寸和晶界等微观结构特征。
电子显微镜则可以在纳米尺度下观察磁性材料的晶体结构和晶粒结构，并提供更加详细的信息。
交变力磁力显微镜:在三维空间同时观测静态和动态磁畴
交变力磁力显微镜：在三维空间同时观测静态和动态磁畴曹永泽; 赵越【期刊名称】《《物理学报》》【年(卷),期】2019(068)016【总页数】6页(P325-330)【关键词】磁力显微镜; 磁性材料; 动态磁力; 超顺磁探针【作者】曹永泽; 赵越【作者单位】大连海事大学理学院大连 116026; 日本秋田大学区域创新中心秋田 010-8502【正文语种】中文1 引言磁力显微镜(MFM)是一种测试磁性材料的磁畴结构重要的工具,它具有约10 nm的空间分辨率,而且不需要对样品进行特殊处理[1-9].利用探针悬臂梁的激光反射来描绘探针磁矩和样品静磁场之间的磁力,勾画出样品表面的磁畴结构.传统磁力显微镜一般使用两次扫描模式,第一次扫描是通过轻敲模式(tapping)利用范德瓦耳斯力来测试相貌,之后把探针抬举到一定高度(lift),去测试磁力,这种方式叫做tapping-lift mode[10,11].然而,这种一次抬举操作不足以去描绘三维空间的磁场分布.目前,传统磁力显微镜不可能获得准确的磁畴在不同的抬举高度对应于样品表面的同一个位置.因为传统磁力显微镜在每次测量时,样品的表面形貌会有不同程度的漂移[12,13].因此,需要改变扫描模式去获得准确的三维磁场分布.另外,传统磁力显微镜只能测试静态磁畴,在交流磁场作用下的磁畴变化测试还没有办法解决[14,15].为了改进上述问题,我们开发了交变力磁力显微镜(A-MFM)[16-19],使用 FeCo-GdOx或者 Co-GdOx超顺磁探针,同时观测了Sr铁氧体块体材料在交流磁场作用下的静态磁畴和动态磁畴,可以准确地辨别出在交流磁场作用下样品中不同晶粒的磁化状态变化情况.我们通过修改传统的tapping-lift模式为一次轻敲多次等距离抬举探针的扫描模式,准确地测试了样品的静态和动态磁场在三维空间的分布.证明了在交流磁场作用下样品的静态和动态磁场随探针和样品之间距离z的变化,满足Hz(z)=Hz(0)·exp(—kz).总体来说,AMFM可以测试三维空间的静态和动态磁场分布,研究材料的动态磁化过程,评价材料的磁均匀性(微观结构均匀性),扩展了磁力显微镜的测试功能.2 实验图1(a)为交变力磁力显微镜的实验装置示意图.在日立L-trace II 扫描探针显微镜基础上,外加磁场感应线圈和搭建测试信号的线路,如图1(a).感应线圈可以产生一定频率的交流磁场,可以周期地调制探针的磁矩.周期变化的探针的磁矩在磁场中产生一个动态磁力能引起探针的有效弹劲系数周期地改变.探针的振动频率被调制,可以表示为这里,m是探针的质量,γ是探针振动的阻尼系数,k0是探针的固有弹劲系数;Δk0cos(ωmt)+Δk1cos(2ωmt)=Δkeff(t)是有效弹劲系数的周期变化,Δk0和Δk1是ωm和2ωm信号的振幅; z是探针在垂直方向的位移; F0cos(ω0t)是压电驱动器施加给探针的驱动力.探针的有效弹劲系数周期变化可以表示为这里,分别是样品在z方向的静态磁场(DC)和动态磁场(AC).是外加感应线圈产生的交流磁场,如图1(a)所示.Δk0,Δk1 << k0((1)式),解(1)式可以得到:图1 (a)静态和动态磁场测试的交变力磁力显微镜实验装置示意图;(b)探针扫描模式示意图,首先轻敲获得一点的表面形貌,之后探针多次抬举相同的高度测试磁力; 探针下落进行这一点样品表面的轻敲,按照设置的步长移动到下一个点位置轻敲,之后多次抬举测磁力,这样循环测试; 这里,设定抬举的次数为32,每一次抬举的时间设置为60 ms,每一次抬举位置的停留时间为 20 ms,在抬举过程中探针的振动电压为轻敲时电压的20%Fig.1.(a)Schematic diagram of A-MFM with super paramagnetic tips for DC and AC magnetic fields measurement of magnetic materials.(b)Schematic diagram of sequential probe control.First measuring the topography(tapping),after tapping,tip was lifted by the same height between the adjacent lift points.The probe drops to tap the topography of the sample at this point,and moves to the next point according to the set step,and then lifts the probe several times,so that the cyclic test was carried out.The lift points number can be set,and the wait time of lift points can be set.In this experiment,the lift points were set as 32,the every lift procession was set as 60 ms,and the wait time was set as 20 ing 20% of the tapping oscillation voltage of the supe rparamagnetic tips as a lift oscillation voltage.从(3)式看出,只要测得ωm和2ωm信号就可以表示静态磁场(Δk0与相关)和动态磁场相关).因此,实现同时探测样品的静态磁场(ωm信号)和动态磁场(2ωm信号)变得可能.利用锁相环(easyPLL,Nanosurf®)对调制的信号进行解频,之后输入锁相放大器(LI5640 NF Corporation),锁相放大器的参考信号来自于信号发生器(图1(a)).锁相放大器的输出信号为ωm信号和2ωm信号的同相X图像,异相Y图像,振幅R 图像和相位θ图像.探针的扫描模式如图1(b)所示.首先轻敲获得一点的表面形貌,之后探针多次抬举相同的高度测试磁力.随后探针下落进行这一点样品表面的再次轻敲,按照设置的步长移动到下一个点位置轻敲,之后多次抬举测磁力,这样循环测试.本实验设定抬举的次数为32,每一次抬举的时间设置为60 ms,每一次抬举位置的停留时间为 20 ms.这里,必须保证每一次抬举位置的停留时间(20 ms)至少要大于线圈交流磁场的一个周期(11 ms).在抬举过程中探针的振动电压为轻敲时电压的20%.最后,我们成功地观测了硬磁Sr铁氧体样品的三维空间的静态和动态磁场分布.3 结果与讨论利用Co靶和Gd2O3靶在Ar气1 Pa气氛下磁控共溅射制备了100 nm厚的Co-GdOx超顺磁薄膜.图2(a)表示100 nm厚Co-GdOx薄膜在室温是超顺磁性,图2(a)的插图是小量程500 Oe的磁滞回线,进一步验证了Co-GdOx是超顺磁性,矫顽力为0 Oe,初始磁化率是1.18×10—5 H/m.原子力显微镜的实验结果图2(b)表明Co-GdOx薄膜的平均颗粒尺寸为20.4 nm,表面粗糙度是0.83 nm.超顺磁Co-GdOx探针和薄膜一起制备,超顺磁探针是Co-GdOx薄膜覆盖在商业Si探针(SI-DF40,Seiko Instruments Inc.)上面.样品台在溅射过程中保持旋转,保证探针镀层的均匀性.制备的Co-GdOx探针在大气中的共振频率约为300 kHz,品质因数约为50.更多关于超顺磁薄膜的微观结构和磁性能信息可参考文献[20].本研究中,样品是c面抛光的硬磁Sr铁氧体块材,铁氧体样品尺寸为1 mm×1 mm×1 mm,晶粒尺寸约1 µm,矫顽力为 2.9 kOe,矩形比为 0.97.在测试之前,铁氧体样品进行了DC退磁,剩余磁矩为零.铁氧体样品的更多磁性能信息可参考文献[16]的支持材料.图3(a)(1—12)是使用交变力磁力显微镜结合Co-GdOx超顺磁探针获得的Sr铁氧体在不同探针和样品之间距离(T-S)的静态磁场同相X图像(ωm信号),T-S从574 nm到8794 nm.这里,X图像不仅可以表示垂直方向静态磁场的强度,也可以表示静态磁场的方向(垂直向上或者向下).在图3(b)中,线扫描结果可以清楚表示出静态磁场的零点位置,也就是静态磁场方向转变的位置,如果正的信号表示静态磁场垂直向上,那么负的信号就表示垂直向下方向.这个线扫描结果表明随T-S增加磁场强度快速降低.当T-S大于3040 nm时,静态磁场已经变得很弱.在8794 nm,静态磁场几乎是零值.静态磁场的方向在一些地方随T-S增加会发生改变,这是因为近表面探针与样品之间的磁力主要来自于样品表面的磁荷,而当增加T-S,这个磁力除了受到样品表面磁荷的作用,也受到样品内部磁荷的作用.图4(a)为一个静态磁场的空间分布示意图.图3(c)(1—12)是一系列动态磁场的振幅R图像在T-S从574 nm到8794 nm.它们和静态磁场(图3(a))同时获得.图3(d)是线扫描结果,动态磁场的振幅随T-S 增加快速降低.最后,这个振幅趋于一个恒定数值.这个恒定数值来自于探针和线圈交流磁场之间的相互作用.当T-S小于1396 nm时,线扫描结果给出翻转晶粒两侧的交流磁场振幅是小于探针和线圈交流磁场之间的作用,这是因为翻转晶粒两侧产生的交流磁场方向是与线圈产生的交流磁场方向相反的(图4(b)).图4(b)为Sr铁氧体中矫顽力较小的晶粒在一个线圈交流磁场周期中磁矩翻转的示意图.图2 (a)100 nm厚Co-GdOx薄膜在室温下20 kOe量程的面内磁滞回线,插图为500 Oe量程的磁滞回线;(b)利用原子力显微镜使用Si探针测试100 nm厚Co-GdOx薄膜的表面形貌结果Fig.2.(a)In plane hysteresis loops of Co-GdOx films with 100 nm thickness at 300 K at the range 20 kOe,and the inset figure is the range of 500 Oe,(b)AFM topography image of Co-GdOx films with 100 nm thickness using Si probe.图3 一系列不同探针和样品距离(T-S)的Sr铁氧体的静态磁场的同相X图像(ωm 信号)(a)和动态磁场振幅R图像(2ωm信号)(c);(b)和(d)是图(a)和(c)在相同位置的线扫描,这里T-S距离从574 nm到8794 nmFig.3.A set of A-MFM in phase X images of ωm signal(a)and the A-MFM amplit ude R images of 2ωm signal(c)of Sr ferrite sample at different distances between tip and sample(T-S)from 574 nm to 8794 nm;(b)and(d)are the line profilesof(a),(c)at the same positions,respectively.图5是图3(b)和图3(d)中位置1,2和3的X图像静态磁场和R图像动态磁场的强度值随探针与样品之间的距离T-S的变化曲线.位置1和2的静态磁场方向是相反的,静态磁场强度随TS的变化可以拟合为y=17.95 exp(—2.78x).位置3的交流磁场随T-S的变化可以拟合为y=15.05 exp(—1.79x)+ 1.45.这里,常数 1.45 是 Co-GdOx超顺磁探针和线圈交流磁场之间的相互作用.从实验上证明了静态和动态磁场随T-S以指数衰减,这与理论计算的结果相一致[21].4 结论交变力磁力显微镜(A-MFM)使用Co-GdOx超顺磁探针可以实现在交流磁场(频率ωm)作用下探测铁氧体磁石的静态和动态磁场.利用锁相环与锁相放大器结合可以探测ωm和2ωm信号,准确地表示出铁氧体磁石的矫顽力大和矫顽力小的区域.通过修改传统的轻敲-抬举扫描模式为一次轻敲多次抬举的扫描模式,A-MFM实现了三维空间的磁场探测.本文证明了在交流磁场作用下样品的静态和动态磁场随探针和样品之间距离z的变化,满足Hz(z)=Hz(0)·exp(—kz).A-MFM 结合超顺磁探针可以研究材料的动态磁化过程,也可以评价材料的磁均匀性(微观结构均匀性).图4 (a)Sr铁氧体的三维静态磁场分布示意图;(b)在线圈交流磁场作用下,Sr铁氧体矫顽力较小的晶粒的磁矩翻转示意图,翻转的频率与线圈交流磁场频率相同,这里线圈交流磁场频率是89 Hz,振幅是800 Oe0-p(零点到峰值的强度)Fig.4.(a)Schematic of 3-D static(DC)magnetic field distribution of Sr ferrite sample;(b)the changed magnetized statement of the grain(a smallcoercivity)of Sr ferrite sample under an external AC magneticfield(frequency is 89 Hz,amplitude is 800 Oe(zero to peak intensity)).图5 图3(b)和图3(d)中位置1,2和3的X图像静态磁场和R图像动态磁场的强度值随探针与样品之间的距离T-S变化曲线Fig.5.The plot of intensity values of A-MFM in phase X images of static(DC)magnetic field with ωm signal and AMFM amplitude R images of dynamic(AC)magnetic field with 2ωm signal versus distance between super paramagnetic tip and Sr ferrite sample on the position 1,position 2 and position 3 in Fig.3(b),(d).参考文献【相关文献】[1]Li Z H,Li X 2014 Acta Phys.Sin. 63 178503 （in Chinese） [李正华,李翔 2014 物理学报 63 178503][2]Shinjo T,OKuno T,Hassdorf R,Shigeto K,Ono T 2000 Science 289 930[3]Schwarz A,Bode M,Wiesendanger R 2007 Scanning Probe Techniques: MFM and SP-MFM(New York: Wiley)[4]Schwarz A,Wiesendanger R 2008 Nano Today 3 28[5]Koblischka M R,Hartmann U 2003 Ultramicroscopy 97 103[6]Liu L W,Dang H G,Sheng W,Wang Y,Cao J W,Bai J M,Wei F L 2013 Chin.Phys.B 22 047503[7]Xue H,Ma Z M,Shi Y B,Tang J,Xue C Y,Liu J,Li Y J 2013 Acta Phys.Sin. 62 180704 （in Chinese） [薛慧,马宗敏,石云波,唐军,薛晨阳,刘俊,李艳君 2013 物理学报 62 180704][8]Jaafar M,Gomez-Herrero J,Gil A,Ares P,Vazquez M,Asenjo A 2009 Ultramicroscopy 109 693[9]Fang Y K,Zhu M G,Guo Y Q,Li W,Han B S 2004 Chin.Phys.Lett. 21 1655[10]Martin Y,Wickramasinghe H K 1987 Appl.Phys.Lett. 50 1455[11]Hartmann U 1999 Annu.Rev.Mater.Sci. 29 53[12]Nenadovic M,Strbac S,Rakocevic Z 2010 Appl.Surf.Sci. 256 1652[13]Obara G,Sakurai T,Ono O 2019 IEEE Trans.Magn. 55 6500504[14]Rice P,Moreland J,Wadas A 1994 J.Appl.Phys. 75 6878[15]Liou S H,Yao Y D 1998 J.Magn.Magn.Mater. 190 130[16]Cao Y Z,Kumar P,Zhao Y,Yoshimura S,Saito H 2018 Appl.Phys.Lett. 112 223103[17]Cao Y Z,Nakayama S,Kumar P,Zhao Y,Kinoshita Y,Yoshimura S,Saito H 2018 Nanotechnology 29 305502[18]Lu W,Li Z H,Hatakeyama K,Egawa G,Yoshimura S,Saito H 2010 Appl.Phys.Lett. 96 143104[19]Li Z H,Hatakeyama K,Egawa G,Yoshimura S,Saito H 2012 Appl.Phys.Lett. 100 222405[20]Cao Y Z,Kumar P,Zhao Y,Suzuki Y,Yoshimura S,Saito H 2018 J.Magn.Magn.Mater. 462 119[21]Schwenk J,Marioni M,Romer S,Joshi N R,Hug H J 2014 Appl.Phys.Lett. 104 112412。
磁性材料磁畴理论课件
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03
通过实验和理论计算，人们发现了一些影响磁畴反转的关键因素，如 温度、磁场、应力等。
04
深入理解磁畴反转机制有助于开发新型磁性材料和器件，并推动磁学 理论的发展。
磁畴计算模拟研究进展
通过建立数学模型和算法，研究者们可以模拟 不同类型磁性材料的磁畴结构和演变过程。
目前，计算模拟已成为磁学领域的重要研究方向之一 ，为新型磁性材料和器件的开发提供了有力支持。
磁性材料磁畴理论课 件
目录
CONTENTS
• 磁畴理论概述 • 磁畴的观测方法 • 磁畴理论的应用 • 磁畴理论的最新研究进展 • 展望与未来研究方向
01 磁畴理论概述
磁畴定义
磁畴：在磁性材料的内部区域，其中 磁矩的取向大致相同，形成一个小的 区域，称为磁畴。
磁畴是磁性材料中自发磁化的基本单 元，具有明显的磁性特征。
。
通过控制材料的成分、结构和 制备工艺，可以实现对磁畴结 构和磁化行为的精细调控，从 而优化磁性材料的性能。
磁畴工程在磁记录、磁传感器 、磁驱动器和磁制冷等领域具 有广泛的应用前景。
磁畴反转机制研究进展
01
磁畴反转是指磁性材料中磁畴的极性产生翻转的现象，是磁学领域的 重要研究课题。
02
近年来，研究者们对磁畴反转机制进行了深入研究，发现其与材料的 微观结构和物理性质密切相关。
磁力显微镜可以观测磁畴的形状、大小、方向和磁畴壁的运动等。
磁畴的X射线衍射观测
X射线衍射技术利用X射线与晶体中 的原子相互作用产生的衍射现象，能 够获得晶体结构的信息。
在磁性材料中，X射线衍射技术可以用 于观测磁畴结构，通过分析衍射图样 可以获得磁畴的晶格结构和取向等信 息。
磁学中的铁磁材料的磁畴结构和磁畴壁研究
磁学中的铁磁材料的磁畴结构和磁畴壁研究引言：磁学是物理学的一个重要分支，研究物质的磁性质及其产生的磁场。
其中，铁磁材料是磁学研究的重要对象之一。
铁磁材料在外加磁场下会形成磁畴结构，而磁畴壁则是磁畴之间的界面。
本文将探讨铁磁材料的磁畴结构和磁畴壁的研究进展。
一、铁磁材料的磁畴结构铁磁材料的磁畴结构是指在无外加磁场时，铁磁材料内部的磁化状态。
磁畴是一种微观尺度的磁化区域，每个磁畴内的磁矩方向相同，但不同磁畴之间的磁矩方向可以不同。
在无外加磁场时，铁磁材料中的磁畴呈现出自发磁化的状态，这是由于材料内部存在着磁各向异性。
二、磁畴壁的研究磁畴壁是相邻磁畴之间的过渡区域，也是铁磁材料中磁畴结构的重要组成部分。
磁畴壁的研究对于理解铁磁材料的磁性质具有重要意义。
1. 磁畴壁的结构磁畴壁的结构可以分为布洛赫型和诺德沃尔型两种。
布洛赫型磁畴壁是指磁畴壁内部的磁化方向与磁畴内部的磁化方向相互垂直，而诺德沃尔型磁畴壁则是指磁畴壁内部的磁化方向与磁畴内部的磁化方向平行。
2. 磁畴壁的性质磁畴壁的宽度是研究磁畴壁性质的重要参数之一。
磁畴壁的宽度决定了磁畴结构的稳定性，宽度越大，磁畴结构越稳定。
此外，磁畴壁的移动速度也是研究的重点之一。
磁畴壁的移动速度与外界条件、材料性质等因素有关，研究磁畴壁的移动速度可以帮助我们了解材料的磁性质。
三、磁畴结构和磁畴壁的应用磁畴结构和磁畴壁的研究不仅仅是学术领域的基础研究，还具有广泛的应用前景。
1. 磁存储器件磁存储器件是利用铁磁材料的磁畴结构和磁畴壁来实现信息的存储和读取。
磁畴壁的移动可以改变磁畴结构，从而实现信息的写入和擦除。
2. 磁传感器磁传感器是利用铁磁材料的磁性质来检测磁场的变化。
磁畴结构和磁畴壁的研究可以帮助我们设计出更加敏感和稳定的磁传感器。
3. 磁性材料的设计和合成磁畴结构和磁畴壁的研究可以为我们设计和合成具有特定磁性质的材料提供指导。
通过调控磁畴结构和磁畴壁的特性，可以实现对材料磁性质的精确控制。
磁性材料的磁畴结构与磁各向异性
磁性材料的磁畴结构与磁各向异性磁性材料是一类能够产生磁性的物质，其磁畴结构与磁各向异性对其磁性能起着关键作用。
本文将详细探讨磁性材料的磁畴结构以及磁各向异性的形成机制，并分析其在磁性材料应用中的重要性。
一、磁畴结构磁畴是指一个区域内的磁性原子或磁性离子的磁矩方向相互一致。
磁性材料中由于各种微观相互作用的影响，磁畴的大小和方向并不均匀。
磁畴结构的形成取决于磁性材料的晶格、磁矩以及温度等因素。
1. 磁畴墙磁畴墙是相邻磁畴之间具有磁矩变化的区域，它是磁畴结构中的重要界面。
磁畴墙可以分为两类：位错型和磁矩旋转型。
位错型磁畴墙是由于晶格缺陷引起的，而磁矩旋转型磁畴墙是由于磁矩方向变化引起的。
位错型磁畴墙在垂直于磁化方向的平面内有垂直的位错线，而磁矩旋转型磁畴墙是由于晶格中磁矩方向发生旋转形成。
2. 磁畴结构的演化磁性材料中的磁畴结构是动态演化的，其演化过程受到外部磁场、温度以及时间等环境条件的影响。
当外部磁场作用于磁性材料时，磁畴结构会发生变化。
例如，在无外场时，磁畴结构可能是无序的或者随机分布的；而在有外场时，磁畴结构会趋于有序化，磁畴的数量和大小也会发生变化。
二、磁各向异性磁各向异性是指磁性材料在不同方向上的磁性能不同。
磁各向异性是由于磁性材料的晶格结构、化学成分以及磁畴结构等因素的相互作用而产生的。
1. 形式各向异性形式各向异性是由于磁性材料的晶格结构对磁化方向的偏好而产生的。
晶格结构中存在着非等向性，从而导致磁性材料在某些方向上的磁化更容易发生。
形式各向异性可以通过优化晶格结构来改善磁性材料的性能。
2. 磁畴各向异性磁畴各向异性是由于磁畴结构中的磁畴墙形状和排列方式不同而产生的。
磁畴的大小和方向对磁性材料的性能有着重要影响。
通过调控磁畴结构，可以改变磁性材料的磁性能。
三、磁畴结构与磁各向异性的应用磁畴结构与磁各向异性在磁性材料的应用中起着重要作用。
例如，在信息存储器件中，磁性材料的磁畴结构和磁各向异性可以影响磁头的读写性能。
11第五章：磁畴理论3
畴壁能外，退磁场能不可忽略（约为单畴球形颗粒的退磁能的一半）。
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R3
R2 1800
9
0
M
2 s
R
3
在临界尺寸时：Ed球 E半
2
9
0
M
2 s
单畴球形颗粒的能量： 单畴颗粒中，磁矩沿易磁化方向平行排列，故Fk最低，且H = 0，σ= 0， 又无交换能问题。
只需考虑退磁场能
Fd
1 2
0
NM
2 s
1 6
0
M
2 s
颗粒的总退磁能
Ed球
FdV
4 3
R
3
Fd
2
9
0
M
2 s
R
3
一、磁晶各向异性能较弱的颗粒的临界半径 这类颗粒在临界尺寸以上时，磁矩沿圆周逐渐改变方向，故需考虑交换
R0
3
R02 1800
9
0
M
2 s
R03
R0
9 1800
0
M
2 s
表达形式与立方晶体单畴相同，但 值不同。
将单畴与非单畴的能量加以比较，从而求得的临界尺寸，实际上是使球 形颗粒保持单畴的最大半径（即临界半径的上限）
估算得到的理论值，虽有实验事实的支持，但并未得到确证，从微磁 学观点来看，其处理方法是不完善的。
dr a
4A S 2
a
R 0
R2 r2 dr r
4A S 2 R
a
ln
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磁力xx磁畴结构
镍铁--Nanosurf®公司环路滤波器的应用注释00286号磁畴结构与镍铁导磁合金环相连接。
通过标准电子束刻蚀技术对样品制备。
当连接环形成抽结构模式的时候，漩涡能够在单环中形成。
该测量显示了连接镍铁环模式的磁力显微镜的成像，环直径5μm，厚度25纳米。
扫描范围10μm x 10μm;z-刻度
1.1Hz
测量和图片由X. Zhu, P. Grutter（麦吉尔），V. Metlushko（芝加哥伊利诺州大学),
B. Ilic(xx)提供。
测量工具：
环路滤波器应用领域：
材料科学其他物理学
新材料
精密机械加工Nanosurf公司的地址和联系方式：
2125 Center Avenue, Suite 507Fort Lee, NJ 07024 / USA
Phone:
201-720-2829
Fax:
201-302-6062
Nanosurf公司总代理：
Grammetstrasse 14CH-4410 Liestal / Switzerland Phone:
+41-61-927 56 46
Fax:
+41-61-927 56 47。