[發(fā)明專利]一種磁記憶信號檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810170233.4
• 申請日: 2018-03-01
• 公開（公告）號: CN108387635B
• 公開（公告）日: 2021-12-14
• 發(fā)明（設計）人: 劉斌;何璐瑤;鄭思檬;張賀;任建
• 申請（專利權）人: 沈陽工業(yè)大學
• 主分類號: G01N27/85
• 分類號: G01N27/85
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務所(普通合伙) 21115
• 代理人: 宋鐵軍

1.一種磁記憶信號檢測方法，包括以下步驟：

步驟1)：建立磁力學模型

無外力作用時，鐵磁性材料處于平衡狀態(tài)，材料的總自由能為：

E₀＝E_ms+E_el+E_K (1)

其中，E_ms為鐵磁晶體的磁彈性能，表示鐵磁性與彈性之間相互作用所產(chǎn)生的能量，表示為：

式(2)中、B₁與B₂分別為磁化作用下和形變作用下的磁彈性耦合系數(shù)；α_i與α_j表示磁化方向與所對應的晶軸間的夾角；e_ii與e_ij表示形變分量，i、j＝x、y、z

E_el為彈性能，表示材料發(fā)生彈性形變時，原子之間的相互作用力，根據(jù)彈性力學得：

式(3)中，C₁₁、C₁₂、C₄₄為彈性模量；e_yz、e_xy、e_xz、e_xx、e_yy、e_zz均為形變分量；

E_K為各向異性能，表示鐵磁性材料內(nèi)電子自旋磁矩與軌道磁矩之間相互耦合作用所產(chǎn)生的能量，表示為：

式(4)中，K₁、K₂為各向異性常數(shù)；α₁、α₂、α₃為磁化方向與所對應的晶軸間的夾角；

當鐵磁性材料受到外力作用時，材料的總自由能包括由位錯增殖所引起的應力能，即為：

E＝E_ms+E_el+E_K+E_σ (5)

式(5)中，E_σ為應力能，表示為：

其中，λ₁₀₀、λ₁₁₁分別為100晶向和111晶向上的磁致伸縮系數(shù)；σ為應力值；γ₁、γ₂、γ₃表示應力方向；α₁、α₂、α₃為應力方向與所對應的晶軸間的夾角；

當磁致伸縮系數(shù)各向相同時，即λ₁₀₀＝λ₁₁₁＝λ_s，則式(6)化簡為：

式中，θ為磁化方向與應力方向之間的夾角；

根據(jù)能量最小理論，系統(tǒng)總能量最小時即為系統(tǒng)穩(wěn)定的狀態(tài)，根據(jù)式(5)和式(7)可知，改變磁化方向，便可有效減小應力能E_σ，使系統(tǒng)的總能量趨于最小；鐵磁性材料在塑性形變的過程中，位錯數(shù)量的大量增加，導致系統(tǒng)的應力能增大，根據(jù)系統(tǒng)能量平衡理論，將引起鐵磁性材料磁特性的改變；

步驟2)：建立改進的J-A模型

當鐵磁性材料受到應力作用時，由于鐵磁性材料的磁致伸縮性質(zhì)，在其磁疇內(nèi)部會產(chǎn)生有效場，其作用相當于對磁疇結(jié)構附加一個磁場H_σ，考慮系統(tǒng)在可逆的磁疇非滯后磁化情況下，系統(tǒng)能量可表示為：

式中，μ₀為真空磁導率；H為外部磁場強度；M為磁化強度；α為磁疇耦合系數(shù)；σ為應力值；λ為材料的磁致伸縮系數(shù)；T為溫度；S為熵；

通過式(8)對磁化強度M求導，并設外加載荷σ₀與磁場強度H之間的夾角為θ，可得到有效場H_σ為：

為構建適用于塑性形變的力磁耦合模型，在原有的J-A模型中引入位錯理論；當材料處于塑性形變階段時，位錯數(shù)量隨塑性形變程度大量增加，并以位錯結(jié)或位錯胞的形式阻礙磁疇運動，此現(xiàn)象稱為釘扎效應；

根據(jù)位錯理論，由釘扎作用而產(chǎn)生的釘扎能e_pin的表達式為：

e_pin∝mH_e(1-cosθ') (10)

其中m為磁疇磁矩；H_e為有效場；θ'磁疇磁矩與磁場方向的夾角；

設e_π為180°磁疇壁上的釘扎能，且e_π＝2mH_e，根據(jù)式(10)，則：

則180°磁疇壁上所有釘扎點的平均釘扎能e_pin為：

設相鄰磁疇間磁疇壁的面積為F，當磁疇壁移動x距離時，由于釘扎作用所消耗的能量為：

其中n為釘扎點的密度；

鐵磁性材料在磁化過程中磁化強度M的改變量為：

dM＝m(1-cosθ')Fdx (14)

將式(14)代入式(13)可得：

將式(15)對磁化強度求導，并令n＝Kε_p，K為與材料有關的參數(shù)，ε_p為總應變量，由此可得適用于鐵磁性材料塑性形變階段的有效場為：

其中，

由式(16)可見，改進后的J-A模型將位錯對于磁疇的釘扎作用考慮進去，建立了適用于塑性形變階段的力磁耦合模型，進而可有效分析鐵磁性材料在塑性形變過程中的磁力學特性；

還包括驗證模型準確性的仿真計算部分，包括以下步驟：

1)層錯能計算

對存在位錯結(jié)構的鐵晶體力磁耦合模型施加壓力，計算不同壓力下，F(xiàn)e彈性形變階段與塑性形變階段的層錯能；觀察層錯能隨壓力的變化趨勢，比較彈性形變的層錯能和塑性形變的層錯能隨壓力的變化曲線；

2)彈塑性形變階段磁特性計算

計算不同壓力作用下，彈性形變階段和塑性形變階段的自旋態(tài)密度，觀察電子的自旋向上態(tài)密度與自旋向下態(tài)密度在費米能級附近是否發(fā)生劈裂，若發(fā)生劈裂，說明在彈性形變階段，體系表現(xiàn)出很強的磁特性；若幾乎不發(fā)生劈裂，說明當材料在塑性形變階段，體系磁性發(fā)生改變；

同時觀察自旋態(tài)密度曲線的峰峰值隨著壓力變化的趨勢，若隨著壓力的增大，自旋態(tài)密度曲線的峰峰值減小，說明壓力增大，使體系的磁性減弱。