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磁性材料的分类反磁性材料从抗磁性开始,这是一种弱磁性,主要归因于电子的轨道运动,在经典的“电流回路”中产生磁矩。当外加磁场作用在抗磁性材料上时,它就会产生磁通量。然而,根据伦茨定律,感应磁通量抵消了外场的变化,因此抗磁性材料相对于外加磁场的方向表现出反平行的磁化,与后者相反。因此,抗磁性材料的磁化强度与外加磁场成正比,如图1a它们的相对磁化率为负且非常弱,约为10-5,它们的渗透率略小于1。许多金属和大多数非金属都是抗磁性的。有趣的是,如果材料中只存在少量的磁性原子,它们的影响足以掩盖抗磁性,使非磁性原子被邻近的铁磁性原子自旋极化。目前,这种效应在某些纳米级自旋电子器件中得到了应用。顺磁性材料 ...
霍尔效应后,磁性材料的霍尔电阻可以用下式表示:其中P是传导电子的自旋极化率,从总的霍尔电阻率中扣除与外磁场B有关的线性项,就可以得到拓扑霍尔电阻率。从表达式中可以知道,正常霍尔电阻与外磁场B线性相关,反常霍尔电阻和磁化强度M成正比,拓扑霍尔电阻和衍生磁场成正相关,且一般认为拓扑霍尔电阻率与斯格明子的密度成正比。同时,电流驱动斯格明子移动时,还存在斯格明子霍尔效应,即斯格明子在受电流影响驱动的情况下,会产生一个横向的偏移。因此,现在的研究者们通常会设计专门的纳米线条器件,来用形状限制斯格明子的移动路径,使其可以完 成沿电流方向上的驱动,这方面的研究工作为研发、设计基于磁斯格明子的赛道磁存储设备提 ...
旋偏振 光在磁性材料中折射率不同,从而使得两种偏振光在磁性样品中传播的过程中产 生了光程差,进而产生相位差,从样品中出射后两种偏振光合成的透射光就表现 为偏振面较入射光来讲发生了一定角度的偏转。塞曼效应是指在外磁场中,光源发出的光的各能级谱线在磁场下进一步分裂 成更多条,并且分裂出的各谱线的间隔和外磁场的大小成正比的磁光效应,该效 应的原理是原子的自旋磁矩和轨道磁矩在外磁场的作用下能级会发生进一步的 分裂。塞曼效应的发现直接推动了量子力学的完善并导致自旋这一自由度被发现。图1.三种克尔效应示意图,从左至右依次为极向、纵向和横向克尔效应则是说当偏振光在磁性样品表面被反射后,反射光的偏振面相对入射 ...
悬浮胶液涂在磁性材料表面,铁磁粉末在由磁畴结构产生的局部散磁场的作用下分布成一定图案, 该些图案会反映材料表面的磁畴结构,且送样的图案可通过普通的光学显微镜直接进行观察,同时也可对材料施加磁场观察磁场作用下的磁畴结构变化。贝特粉末图纹法的分辨率受铁磁粉末颗粒度等因素的限制,因此有分辨率较低的缺点,但由于这种方法设备简单且适用范围大,因此是一种被长期应用的磁畴观测方法。电子显微镜法电子显微镜法主要是通过分析电子束在磁性材料表面反射或透过磁性材料时受磁性材料中磁畴产生的局部散磁场的影响而产生的反射或散射电子束的图像来探测磁性材料的磁畴结构。电子显微境法根据具体的工作原理的不同还分为多种,目前常用于 ...
磁光显微镜中宽视场反射显微镜的设置和图像处理标准程序从磁性饱和状态的数字化平均图像开始,其中在外部直流磁场中消除了所有域。或者,可以应用一个中等振幅的交变场,它在平均过程中混合了域,其优点是样品上的力可能比直流饱和所需的高场小。该无域背景(参考)图像随后从包含域信息的状态中减去。然后,差值图像显示了区域图案的显微图,可以通过平均和数字对比度增强来改善,而不受地形对比度的影响。通常需要在不同方面研究相同的域,例如在Kerr和voight对比度条件下或使用不同的分析器和补偿器设置以获得深度选择性。这可以通过组合实验来实现:在创建了特定域模式的正则差分图像之后,在不同对比度条件下存储相同模式的图像作 ...
,以及磁场和磁性材料的基本知识,磁场操作的设置,磁场结构,以及有效运动的对称破坏策略。讨论了这些概念来描述微/纳米机器人与磁场之间的相互作用。本文介绍了鞭毛磁机器人的驱动机制(如螺旋状运动和行波运动/纤毛运动)和表面行走器(如表面辅助运动),磁场在其他推进方法中的应用,以及微/纳米机器人在运动之外的磁刺激,以及(准)球形、螺旋形、柔性、线状和生物混合磁机器人的制造技术。MagRobots在靶向药物/基因递送、细胞操作、微创手术、活检、生物膜破坏/根除、成像引导递送/治疗/手术、环境修复污染去除和(生物)传感等方面的应用也进行了综述。zui后,讨论了磁动力小型化电机目前面临的挑战和未来的发展前景 ...
米颗粒与反铁磁性材料的耦合,甚至被认为是在有限温度下稳定磁序的一种手段。为了充分利用反铁磁/铁磁界面在器件结构中的优势,人们需要了解控制这些界面磁相互作用的潜在机制。用界面处反铁磁体的磁矩来描述交换偏置,它通过典型的交换耦合与铁磁矩相互作用,产生的偏置场比实验观察到的高一到两个数量级。在zui简单的模型中,人们假设所谓的非补偿反铁磁表面,即反铁磁表面平面的原子力矩加起来等于一个不消失的净力矩的表面方向。反铁磁体表层的有限磁化强度与沉积在这种表面上的铁磁体相互作用。铁磁体的磁化强度将与反铁磁体的表面磁化强度平行或相反,这取决于交换相互作用的符号。然而,不难看出为什么这个简单的图是不充分的,因为它 ...
的VSM中,磁性材料在由电磁体产生的均匀磁场H内振动,在适当放置的感应线圈中感应电流。感应线圈中产生的电压与样品的磁矩成正比。可变温度测量可以执行从<4.2至1273 K使用集成低温恒温器和炉。图1图1显示了基于电磁体的VSM的示意图。在x方向上的可变磁场由由适当的双极电源激励的电磁铁产生。四圈横向检测或传感线圈安装在磁体的极面,每面两个。这些线圈经过平衡,以便在没有样品的情况下产生零信号(电压)。霍尔探头与高斯计相连,也安装在电磁铁上磁极面为磁场闭环控制。将任何形式的样品(固体、粉末、薄膜等)放置在合适的非磁性样品支架中,该支架连接在VSM样品棒的末端,而样品棒又连接在VSM头上。样品 ...
测量技术一些磁性材料,如纳米线、纳米粒子、薄膜等,由于存在少量磁性材料,通常具有弱磁特征。因此,在确定哪种类型的磁力计zui适合于特定材料时,zui重要的考虑因素之一是它的灵敏度,因为它决定了可以用可接受的信噪比测量的zui小磁矩。测量速度,即测量迟滞回路所需的时间,也很重要,因为它决定了样品吞吐量,对于一阶反转曲线(FORC)测量尤其重要,因为典型的FORC系列可以包含数千到数万个数据点。zui后要考虑的是要进行测量的温度和场范围,这在很大程度上取决于所研究的磁性材料。商用VSM系统可以使用传统电磁铁测量~34 kOe (3.4 T)的场强,也可以使用超导磁体测量160 kOe (16 T) ...
2可知,如果磁性材料靠近磁铁,磁铁的磁场会使材料磁化。因此,磁场有时被称为用线表示的磁化力,也称为图1a所示的力线。这些力线或磁场线是这样画的,磁铁外面的线从北极向外辐射,指南针的针将与它们相切。磁力线离开北极,在南极再次进入磁体,吸引铁磁体向磁体移动,即使两者相隔一定距离。图1 (a)磁铁或磁化材料外部的磁场表示,(b)放置在磁场H中的长度为l的棒上的一对磁力pH考虑一个长度为l的条形磁铁,两端磁极分别为p和-p,置于均匀磁场中(图1b)。在这种情况下,磁力对产生扭矩L其中θ为外加磁场方向H与条形磁铁磁化强度方向M之间的夹角。在这种情况下,积pl是棒的磁化强度M。在没有摩擦力的情况下,力矩所 ...
化强度是决定磁性材料质量的重要量。另一个由B - H磁滞回线确定的量,可以让我们对材料的磁性有一些了解,它的磁导率是通过比值B/H得到的,尽管从技术上讲,它是B - H磁滞回线的导数。材料的磁导率表示由于材料本身在外场中的存在而引起的磁通的相对增加。磁导率的单位为与相同。因此,可以测量真空的磁导率为常数的单位。在这种情况下,测量的无因次量称为相对磁化率,用下式表示:相对磁化率的取值范围为10-5(极弱磁性)-10-6(极强磁性)。在某些情况下,相对易感性为负。或者,M和H之间的关系不是线性的,因此相对磁化率取决于H。相对磁化率的行为导致各种类型的磁性。如果您对磁学测量有兴趣,请访问上海昊量光电 ...
样的。如果铁磁性材料由随机晶体取向的颗粒组成,一个简单的磁化轴仍然是可能的,然而,它将主要由材料加工决定,众所周知,它会改变磁畴结构,从而改变它们的磁化方向。被称为畴壁的过渡层通常有两种类型,尽管根据材料的晶体结构以及一些加工因素,其他的壁构型也是可能的。在fcc或bcc等立方结构中,常见的壁面类型是Bloch壁面和Neel壁面。在布洛赫壁上,原子磁矩在磁矩平面外旋转。另一方面,尼尔壁以其在旋转发生时保持在平面上的原子力矩而闻名。由于畴磁化倾向于与shou选的晶体轴对齐,因此根据这些晶体轴在特定晶格中的角度,可以将不同取向的畴壁划分为180°,90°(铁)或109°,71°(镍)。一些不同方向 ...
明,对这些铁磁性材料来说,线性依赖关系并不成立。在研究克尔效应时,里吉观察到反射光不仅显示出偏振面倾斜,而且还显示出偏振面倾斜变成椭圆极化。后一个量现在被称为克尔椭圆率。它zui初是由Zeeman 定量测量的,他是上世纪末研究Fe, Co和Ni中的克尔效应的科学家之一。在他的后续研究中,Zeeman发现了横向MO - Kerr效应(T-MOKE),这是在Wind从理论上预测了第三种可能的几何形状,即横向或赤道几何形状(见图1)中的效应。不久之后,塞曼观察到塞曼效应,即Na原子在磁场中发射的光谱线分裂。其他随后的发现是在钠蒸气(Voigt 1899)、金属颗粒的胶体悬浮液(Majorana 19 ...
不同磁畴成像技术的优缺点在所有方法中,数字增强磁光(MO)宽视场克尔显微镜已经成为一种完善,zui通用和灵活的实验室技术,用于研究磁畴。该方法基于MO Kerr效应,即线偏振光在非透明磁性样品反射后的偏振面发生微小变化,然后将其检测并用于磁畴成像。典型的宽视场克尔显微镜是在光学偏振反射显微镜的基础上,对均匀照明的样品应用克勒照明技术。根据光的相对方向、入射面、光偏振面和磁化方向将克尔效应分为纵向、极性和横向三种类型。前两种效应导致光的偏振面旋转,可能由椭圆贡献叠加,而后一种效应导致振幅变化而不是反射光的旋转。作为一个简单的规则,由于克尔效应的介电张量的对称性,克尔对比度与入射光束沿传播方向的磁 ...
扫描近场光学显微镜反射模式局部磁光克尔效应成像洛伦兹模式透射电子显微镜(TEM)和带极化分析的扫描电子显微镜(SEMPA)可用于高分辨率探测磁畴和磁化。然而,这种方法需要昂贵的电子光学器件和真空条件,这限制了应用范围。在原子力显微镜(atomic force microscopy, AFM)广泛应用于纳米尺度研究的基础上,磁力显微镜(magnetic force microscopy, MFM)可用于磁成像。然而,MFM不能直接测量材料的磁化强度,只能检测表面附近的磁杂散场。此外,为了避免影响TEM和SEMPA中的电子运动,几乎没有施加外磁场。在MFM技术中,外磁场下的测量应谨慎处理,以免磁化 ...
准方法涉及铁磁性材料,它可以通过电流在磁性状态之间切换,外部域,或者两者兼而有之。尽管永久磁铁是shou选,因为它们可以集成到当前的半导体技术中,但它们通常是静态的,速度很慢。另一方面,材料中自旋的全光控制,通过偏振依赖的光学选择规则实现,为快速、无损和无磁铁控制自旋信息提供了机会。光诱导自旋取向(OISO)是自旋注入的关键因素,已在低维III-V和II-VI半导体中用于自旋电子应用。这些材料开创了自旋输运、自旋记忆和自旋相干性。对于有效地传输、存储和操作自旋信息来说,这三个属性是必不可少的。尽管像砷化镓这样的半导体材料有许多应用,并且可以制造成低维平台,但它们确实有局限性。这表现为制造中的限 ...
用于观察静态和动态磁畴行为的扫描激光显微镜系统一种多功能成像系统,能够观察各种应用的磁性行为,只要有可能,显微镜系统都应该是模块化的,这将使得成像系统具有灵活性,并允许为不同的应用添加或更改功能。这也是显微镜未来发展和应用的一个考虑因素,例如扫描近场磁光模块。为了使扫描激光显微镜同时具有静态和动态成像能力,光学系统采用高斯光束光学(静态模式)和傍轴光学(动态模式)。光学系统示意图如图1所示。图1为了在x-y平面上获得zui大的空间分辨率,激光束必须同时准直并填满zui终物镜的孔径。输出光束被扩展,空间滤波,然后聚焦到AO调制器(AOM)。AOM的上升时间与光斑大小成正比。然后光束通过一系列中继 ...
激发光偏振对磁光克尔显微系统测试的影响在磁光克尔显微镜中,激发光通常需要经过偏振器件,以使得只有特定方向的偏振光可以进入样品。光偏振在MOKE显微镜中的一个主要影响是样品与光之间的相互作用。当偏振光照射到样品上时,光与样品中的电子和磁矩发生相互作用,从而导致光的偏振方向发生改变。这种改变可以通过MOKE显微镜中的光学元件和探测器进行精确测量,以获得有关样品磁性的信息。因此正确选择和控制光的偏振状态对于获得准确的测量结果至关重要。光偏振还可以影响MOKE显微镜的灵敏度和分辨率。不同的偏振方向的光与不同的样品的相互作用方式会有所不同,因此在对不同样品的测量中,在MOKE显微镜中选择合适的光偏振状态 ...
属、电介质和磁性材料组成的具有强LSPR和特殊MO响应的纳米多孔膜的研究却很少。阳极氧化铝(AAO)多孔膜是一种远程有序自组织的六边形柱状细胞,具有中心、圆柱形、均匀大小的孔,可以通过传统的两步阳极氧化工艺经济地制备。这种特殊的纳米孔结构分配给铝/氧化铝界面的机械应力。这是为了引起相邻孔隙之间的排斥力。多孔膜是制造器件(例如,光电子器件和纳米颗粒组件,其界面相互作用可以通过AAO结构,如孔径、膜厚度和表面形貌来调节)和各种功能纳米结构(例如,太阳能电池、纳米管、纳米纤维、催化剂和金属纳米线)的有用模板。迄今为止,AAO多孔膜在超滤、生物传感器、光子学、掩膜和信息存储等领域也有广泛的应用。利用磁 ...
有杂散磁场的磁性材料,并且在环境条件下只需将材料与金刚石成像芯片接触即可实现高通量操作。该仪器由一个传统的商用宽视场荧光显微镜和一个钻石成像芯片组成,磁性样品安装在该芯片上。磁性对比是由在金刚石表面下设计的NV缺陷中心发出的荧光信号获得的,系统提供三种不同的成像方式,可以单独使用或组合使用。首先,在没有外加磁场的情况下,可以使用NV自旋的光学检测磁共振(ODMR)来解析磁位的等磁场线。第二以定量地绘制整个视场中每个单独位的杂散磁场,并将结果与记录介质的理论模拟进行比较。zui后,可以利用基于NV自旋弛豫对比的全光成像方式,特别适用于强离轴磁场成像。图1所有三种成像方式均在同一宽视场磁成像显微镜 ...
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