[發明專利]一種獲取鐵磁性材料的磁學性質中降低內存需求方法

有效

• 申請號: 201610003869.0
• 申請日: 2016-01-05
• 公開（公告）號: CN105676153B
• 公開（公告）日: 2018-07-27
• 發明（設計）人: 王志亮;楊靜;宋長青;尹海宏;史敏
• 申請（專利權）人: 南通大學;史敏
• 主分類號: G01R33/12
• 分類號: G01R33/12;G01R33/00
• 代理公司: 南京同澤專利事務所(特殊普通合伙) 32245
• 代理人: 蔡晶晶

1.一種低內存需求的批量獲取磁性材料的M-T曲線、ΔS-T曲線的方法，其特征在于：

該方法僅用于以美國Quantum Design公司的PPMS(Physical Property MeasurementSystem，綜合物性測量系統)進行磁性材料的磁學性質測量；且，

包括如下步驟：

A)按照符合PPMS操作規范的流程，稱量將待測試的磁性材料的質量，記錄下該質量值，將待測試的磁性材料裝入PPMS測量系統中；

以下所有操作步驟均通過計算機來完成：

B)在PPMS的控制計算機上設定測試的溫度序列值，各個測試溫度成等間距序列，間隔為ΔT；設定測試的磁場強度，這里所述的磁場強度是指磁滯回線中的磁場強度的絕對值的最大值，磁場從0增加到正向最大值，再逐漸變化到負向最大值，然后再逐漸回到正向最大值；在每一個設定的測試溫度下，磁性材料均歷經同樣的所述磁場掃描；

C)在給定溫度下給磁性材料施加一隨時間變化的外磁場H，測量在所述溫度下的第一條M-H曲線；上述測試完成后，使溫度增加或減少一固定值，即溫度等步長地增大或減小，重復進行上述測量步驟；在每次測量過程中溫度保持恒定不變；依次逐次測量磁性材料的M-H曲線，直至完成所設定的所有溫度序列下的M-H曲線；

依照PPMS操作規范的流程，導出所測試材料的所有數據，除標題行外，每一行數據中由溫度值、所施加的外磁場強度、所測磁性材料的磁矩構成；根據測量數據量的多少，導出的測試數據文件可能是一個或多個數據文件，不同的溫度、不同的H值下的測試數據合并存儲在所述一個或多個數據文件中，即使導出的數據文件為多個，在每個單獨的數據文件中，也包含有不同的溫度、不同的H值下的測試數據，且這些H值的間隔(ΔH)是不均勻的；

D)將步驟C)測試得到的實測數據分割為按溫度組合(M-H)_T的實測數據，所述溫度組合(M-H)_T每列數據T相等，但H間隔不均勻：逐行讀取所導出的測試數據，利用計算機按照設定的測試溫度進行數據分割，將步驟C)中導出的數據文件分割成各個按照設定測量溫度值來獨立存儲M-H數據的文件，將在每個測試溫度下測量得到的(M-H)_T數據分別存儲在各自獨立的(M-H)_T文件中，這些分割得到的(M-H)_T文件存儲在外存儲器中；在每個獨立的(M-H)_T文件中，只存儲在測量得到的從正向最大H值掃描到負向最大H值的過程的數據；當步驟D)中得到多個數據文件時，則對多個數據文件輪次進行逐行讀??；具體步驟為：

E)以計算機外存儲器為數據暫存介質，將步驟D得到的按各個溫度T單獨存儲、且磁場強度H間隔不均勻的(M-H)_T實測數據轉換、存儲為按指定磁場強度H序列單獨存儲、且H值間隔均勻的(M-H)_T數據文件：

獲得指定等間距H序列下的一系列的(M-T)_H數據文件，構成了(H，M，T)三維數組：根據步驟E)分割得的代表不同溫度下測量得到的(M-H)_T數據文件，利用計算機按照指定的H變化步長ΔH進行數據采樣，獲得指定H序列下的一系列的(M-T)_H數據文件，所述指定H序列；H變化步長過大會導致后續計算過程中誤差較大，而H變化步長過小則會導致計算效率低下且并不能切實提高計算精確度；

步驟E)具體步驟如下：

E-a)在外部存儲器中建立一個用于存儲按指定磁場強度H序列、且H值間隔均勻的(M-H)_T數據文件的文件夾；

指定一系列的H序列值，所述H序列值以恒定步長ΔH遞增；以包含指定H序列的H值為文件名，在外部存儲器的上述新建的文件夾中建立一系列代表各自H值的獨立的數據文件；

在外部存儲器所建立的數據文件中，以追加的方式寫入標題行，標題行包含M、T兩個物理量；

E-b)獲取指定H序列中第一個指定H值下的(M-T)_H測試數據序列，并將所述(M-T)_H測試數據序列以追加的方式寫入在步驟E-a)中所建立的對應H值的數據文件中，該操作具體步驟如下：

依照溫度從低到高或從高到低的次序，遍歷讀取步驟E)中存儲在外存儲器中的、代表在每個測試溫度下測量得到的、各自獨立的(M-H)_T數據文件；每個文件的讀取方式均為逐行讀?。?/p>

在逐行讀取每一個文件時，均比較所讀取的每一行的H值，并將所讀取到的H值與所指定的H值求差值后取絕對值，當所得到的絕對值最小時，選取該行的最鄰近的上、下行各自的M值，以線性插值的公式計算指定H值下所對應的M值，將所讀取的數據文件所代表的溫度值、計算得到的M值作為一行數據以追加寫入的方式寫入在步驟E-a)中所建立的對應H值的數據文件中；例如，指定H值下所對應的M值采用如下公式進行計算：

當讀取到的第i行位于所讀取的數據文件的開頭前2行或結尾最后2行時，不采用該公式進行計算，而以其最鄰近的數據點的M值作為所指定的H值所對應的M值；

或采用下面的計算式：

當讀取到的第i行位于所讀取的數據文件的開頭前3行或結尾最后3行時，不采用該公式進行計算，而以其最鄰近的數據點的M值作為所指定的H值所對應的M值；

或

當讀取到的第i行位于所讀取的數據文件的開頭前4行或結尾最后4行時，不采用該公式進行計算，而以其最鄰近的數據點的M值作為所指定的H值所對應的M值；

或

當讀取到的第i行位于所讀取的數據文件的開頭前5行或結尾最后5行時，不采用該公式進行計算，而以其最鄰近的數據點的M值作為所指定的H值所對應的M值；

在上述各式中，i表示所讀取到的第i個數據點，依此類推，i-3、i-2、i-1、i+1、i+2、i+3、i+4分別表示表示所讀取到的第i-3、i-2、i-1、i+1、i+2、i+3、i+4個數據點，即某個數據文件除去標題行后的第i-3、i-2、i-1、i+1、i+2、i+3、i+4行，第i行滿足條件：第i行的實測H值小于指定的H值，第i-1行的實測H值大于指定的H值，式中H、M分別代表物理量Magnetic Field和Moment；

當遍歷讀取完所有的遍歷讀取步驟E中存儲在外存儲器中的、代表在每個測試溫度下測量得到的、各自獨立的(M-H)_T數據文件后，關閉步驟E-b1)中所有讀、寫過的文件，獲得指定H序列中第一個指定H值下的(M-T)_H測試數據文件；

E-c)更改指定H值為步驟E-a中指定的H序列的第二、第三、……直至最后一個H值，重復步驟E-b，分別獲取指定的H序列的第二、第三、……直至最后一個H值下的(M-T)_H測試數據文件；

這樣便得到了按指定磁場強度H序列單獨存儲、且H值間隔均勻的(M-H)_T數據文件，可以構成(H，M，T)三維數組；

F)依次逐行讀取步驟E)得到的H值間隔均勻的(M-H)_T數據文件，求解每一個H值下的M對溫度T的偏導數具體步驟為：

在外部存儲器中建立一個用于存儲的數據的文件夾；

逐行讀取步驟E)得到的H值間隔均勻的(M-H)_T數據文件，除去第一行標題行外，將讀取到的每一行的數據存儲于一個臨時數組中；

在外部存儲器的用于存儲的數據的文件夾中建立一個包含有該H值為文件名的數據文件；在所建立的數據文件中，以追加的方式寫入標題行的內容，標題行包括磁場強度H和偏導數兩個物理量及分隔符；

從每個(M-H)_T數據文件的第三行起，將讀取到的該行的M值減去上一行讀取到的M值，記為ΔM；將讀取到的該行的H值減去上一行讀取到的H值，記為ΔT；利用下面的公式來計算每一個指定H值下的M對溫度T的偏導數：

將T值及相應的偏導數以逐行追加的方式寫入步驟F)建立的文件夾下的數據文件中；

重復上述過程，遍歷其余所有的(M-H)_T數據文件，獲得全部指定H序列下的數據文件；

G)指定T序列，T序列可以是步驟B)中所設定的T序列，或者是步驟B)中所設定的T序列的子集；設定積分公式中的積分下限和上限；依次逐行讀取步驟F)中建立的數據文件，對步驟F)中得到的一系列數據曲線在指定條件下求積分，得到指定T序列下的一系列的ΔS-T數據，具體步驟如下：

在外部存儲器中建立一個用于存儲的ΔS-T數據文件的文件夾；

依此遍歷并逐行讀取步驟F得到的數據文件，除去第一行標題行外，將讀取到的每一行的數據存儲于一個臨時數組中；

在外部存儲器的用于存儲的ΔS-T數據的文件夾中建立一個包含有步驟G)所設定的該積分上限H值為文件名的數據文件；在所建立的數據文件中，以追加的方式寫入標題行的內容，標題行包括溫度T和磁熵變兩個物理量及分隔符，例如：“TemperatureΔS”；

逐行讀取步驟F得到的數據文件，從第二行開始，將讀取到的每一行的數據存儲于一個臨時數組中，當讀取到T值等于步驟G)中指定T序列中的T值時，以一臨時變量來存儲該行的值；終止繼續讀取該數據文件，繼續讀取下一個數據文件，重復本段所述的操作，將所有讀取到的指定T值所對應的進行累加，直至遍歷完全部的數據文件，得到其累加值

將上述累加值乘以H步長，即其乘積即為指定T值、積分下限、上限條件下的磁熵變ΔS，其中ΔH是一個固定不變的值；

將所得到的溫度T、磁熵變ΔS以及分隔符，以逐行追加的方式寫入步驟G所建立的文件下的ΔS-T數據文件中；

重復上述步驟G所述過程，遍歷其余所有指定T序列下的一系列的數據文件，獲得全部指定條件下的一系列的ΔS-T數據；

保持積分下限不變，更改積分上限，重復G步驟)中上述步驟，獲得新的指定磁場變化條件下的全部指定T序列下的一系列的ΔS-T數據；

H)關閉上述所有步驟中讀、寫過的數據文件；

所述H指PPMS系統導出的數據文件中的物理量Magnetic Field，即外加磁場強度；所述M指PPMS系統導出的數據文件中的物理量Moment，即磁性材料的磁矩；所述T指PPMS系統導出的數據文件中的物理量Temperature，即測試溫度；所述S指磁性材料的磁熵；