[發(fā)明專利]一種磁記憶信號特征研究方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810072229.4
• 申請日: 2018-01-25
• 公開（公告）號: CN108280301B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉斌;何璐瑤;任建
• 申請（專利權(quán)）人: 沈陽工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01N27/83
• 分類號: G01N27/83;G06F30/18;G06F30/20;G06F113/14;G06F119/14
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務(wù)所(普通合伙) 21115
• 代理人: 宋鐵軍

1.一種磁記憶信號特征研究方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟1)：建立磁力學(xué)模型；

鐵磁性材料在外力作用下達到屈服極限的過程是電子殼層從未被充滿，到充滿到一半，再到電子殼層充滿超過一半的過程，該過程中總動量矩表示為：

其中，J為總動量矩，L為軌道總動量矩，S為總自旋矩，n為電子數(shù)，N為總粒子數(shù)；由公式(1)可知電荷密度分布能表征總動量矩的變化；

根據(jù)鐵磁性材料的回轉(zhuǎn)磁效應(yīng)，鐵磁性材料的總磁矩和總動量矩有以下關(guān)系：

其中，M為鐵磁性材料的總磁矩，g為回轉(zhuǎn)磁比率為常數(shù)，e＝4.8025×10^-10C.G.S.靜電單位，m＝9.1066×10^-28克，為電子的靜止質(zhì)量，c＝3×10¹⁰厘米/秒，為光速；由公式(2)得出鐵磁性材料的總動量矩與總磁矩成正比關(guān)系；

鐵磁性材料的磁記憶信號強度由地磁場磁記憶信號強度以及材料本身磁記憶信號強度組成，即：

其中，B表示鐵磁性材料的磁記憶信號強度，B₀＝μ₀H表示地磁場磁記憶信號強度，B₁＝μ₀M表示材料本身磁記憶信號強度，μ₀表示真空磁導(dǎo)率，H為磁場強度，M為鐵磁性材料的總磁矩，μ指代原子磁矩，i指原子的序號，μ_Bi是指代第i個原子的原子磁矩，V表示的是原子體積；

將公式(2)代入公式(3)，鐵磁性材料的磁記憶信號強度表示為：

結(jié)合公式(3)～(4)，總動量矩與原子磁矩的關(guān)系表示為：

由公式(4)～(5)得出總動量矩、原子磁矩與磁記憶信號強度的相關(guān)性；

研究電荷密度、總動量矩與磁記憶信號強度的關(guān)系，進而研究外力作用下的磁力學(xué)關(guān)系，根據(jù)Kohn-Sham方程，在有外力作用的情況下的單電子薛定諤方程為：

其中，p是有效玻爾磁子數(shù)，反映了電子自旋運動和軌道運動情況，ψ為波基函數(shù)，E是系統(tǒng)能量函數(shù)；V_eff為外力有效勢，ρ(r)為電荷密度；

在坐標(biāo)為r的電子的外力有效勢V_eff(r)表示為：

其中，V_eff(r)指代的是在坐標(biāo)為r的電子的外力有效勢，V(r)為外場作用勢、V_c(r)為庫倫勢，V_xc(r)為交換關(guān)聯(lián)勢，E_xc[ρ(r)]表示交換關(guān)聯(lián)能，r表示電子坐標(biāo)，公式(7)可表征電荷密度與外力作用的直接聯(lián)系；

由公式(4)～(7)得出，在外力作用下，隨著應(yīng)力增加，電子殼層充滿程度影響材料電荷密度分布，引起總動量矩和原子磁矩的變化，導(dǎo)致系統(tǒng)磁特性發(fā)生改變；通過構(gòu)造波基函數(shù)ψ，求解公式(6)中的電荷密度分布以及原子磁矩的變化，研究鐵磁性材料在外力場作用下的磁力學(xué)特性；

步驟2)：FLAPW全勢線性綴加平面波法的使用；

線性綴加平面波基函數(shù)表示為：

在線性綴加平面波法中的公式(8)的波基函數(shù)基礎(chǔ)上，在處理外力有效勢和電荷密度時，改進對勢的形狀的限制，在間隙區(qū)域添加修正項即：

其中，MT表示球內(nèi)區(qū)域，通過公式(9)構(gòu)造哈密頓矩陣和交疊矩陣，再代入公式(6)求解波基函數(shù)，得到不同總動量矩J下的波基函數(shù)，即：

其中，c_i為展開系數(shù)，通過Rayleigh-Ritz變分原理得到，即由ψ_V(k,r)組成的泛函取駐值的條件，得到i個方程：

通過公式(10)的波基函數(shù)分別構(gòu)造球內(nèi)區(qū)域和球外區(qū)域的電荷密度，不同總動量矩J下不同的電荷密度分別為：

其中∫_BZ為在第一布里淵區(qū)的積分；通過公式(12)求解電荷密度后，代入公式(6)中求解總動量矩J，研究原子磁矩變化，進而研究鐵磁性材料在外力場作用下的磁力學(xué)特性；

還包括計算電荷密度及原子磁矩部分，用于驗證模型準(zhǔn)確性，計算電荷密度及原子磁矩部分包括以下步驟：

①電荷密度計算；

利用基于密度泛函理論的量子力學(xué)模塊CASTEP晶體庫建立模型的模型上的z軸方向施加變化的壓力，計算電子殼層中的電荷密度；

觀察電荷分布隨應(yīng)力變化圖譜，通過電荷密度、總動量矩和原子總磁矩的變化判斷磁記憶信號強度的變化；

②原子磁矩計算；

計算原子磁矩，觀察應(yīng)力與原子磁矩關(guān)系圖，判斷磁記憶信號強度的變化情況。