任意温度下的微磁学及材料磁性与热性质的关联研究

In traditional micromagnetics developed since 1960s, only zero or low temperature magnetic properties of ferromagnetic materials can be calculated. The applicants developed a new method for micromagnetics based on the Hybrid Monte-Carlo (HMC) method, which can calculate the magnetic material properties self-consistently at any finite temperature below the Curie point. The Hybrid Monte-Carlo method utilized Hamilton equations, where magnetic moments and its conjugate variables in micromagnetic cells iterate in the calculation. The amplitude of a magnetic moment is no longer the fixed saturation magnetization at a certain temperature, but it can change under the restriction of a newly developed fourth power double-well potential, which is similar to the Landau’s second order phase transition theory. With this new HMC micromagnetic method, we still use the magnetic material theory built upon the multilevel microstructure including the crystal grains and grain boundary, to analyze the M-H loops and magnetic domains at finite temperature for soft and hard polycrystalline magnetic recording materials, as well as the superparamagnetic properties of nano-particles. In a summary, this new HMC micromagnetic method is fundamentally important in the theory of applied magnetism.

自1960年代以来发展的微磁学，实际上只能计算零温或低温下铁磁材料的性能。申请者基于杂化蒙特卡洛方法建立了过去从未有过的自洽的微磁学新算法，以解决任意温度下的铁磁性的计算问题。杂化蒙特卡洛算法是基于哈密顿方程进行计算的，其中每个微磁学单元的磁矩及其共轭变量是迭代变量，磁矩大小不再是固定的某个温度下的饱和磁化强度，而是可以变化，磁矩涨落程度受申请者发现的类似朗道相变理论中的四次方双阱势的限制。有了新的微磁学算法，仍然用我们过去发展的基于在晶粒内部和晶界的多层次微结构计算磁性的思路，可分析任意温度下的软磁或硬磁多晶磁记录材料的磁滞回线和磁畴，以及纳米颗粒的超顺磁性等问题。这个新的微磁学算法具有应用磁学理论方面的基础性意义。

自1960年代以来发展的传统微磁学只能计算零温或低温下铁磁材料的性能。申请.者基于杂化蒙特卡洛方法建立了自洽的微磁学新算法，以解决任意温度下.的铁磁性的计算问题：在一个轨道中，基于哈密顿方程进行迭代，其中每个微磁学.单元的磁矩及其共轭动量是迭代变量，磁矩大小不再是固定的某个温度下的饱和磁化强度.，而是在申请者发现的类似朗道相变理论中的四次方双阱势的限制下可任意变化；在每个轨道结束.时用蒙特卡洛方法判断是否接受迭代结果，温度在此进入计算。.基于此新的微磁学算法，仍然用我们过去发展的在晶粒内部和晶界的多层次微结构.计算磁性的思路，可分析任意温度下的磁记录材料，自旋电子学存储单元的磁滞回线和磁畴，实际.也解决了三维Nd-Fe-B永磁体的任意温度的磁滞回线，并显示了多晶体中三维畴壁的运动。.这个新的微磁学算法具有应用磁学理论中磁学和计算物理方法方面的基础性意义。