[发明专利]一种磁记忆信号特征研究方法

权利要求书

1.一种磁记忆信号特征研究方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1)：建立磁力学模型；

铁磁性材料在外力作用下达到屈服极限的过程是电子壳层从未被充满，到充满到一半，再到电子壳层充满超过一半的过程，该过程中总动量矩表示为：

其中，J为总动量矩，L为轨道总动量矩，S为总自旋矩，n为电子数，N为总粒子数；由公式(1)可知电荷密度分布能表征总动量矩的变化；

根据铁磁性材料的回转磁效应，铁磁性材料的总磁矩和总动量矩有以下关系：

其中，M为铁磁性材料的总磁矩，g为回转磁比率为常数，e＝4.8025×10^-10C.G.S.静电单位，m＝9.1066×10^-28克，为电子的静止质量，c＝3×10¹⁰厘米/秒，为光速；由公式(2)得出铁磁性材料的总动量矩与总磁矩成正比关系；

铁磁性材料的磁记忆信号强度由地磁场磁记忆信号强度以及材料本身磁记忆信号强度组成，即：

其中，B表示铁磁性材料的磁记忆信号强度，B₀＝μ₀H表示地磁场磁记忆信号强度，B₁＝μ₀M表示材料本身磁记忆信号强度，μ₀表示真空磁导率，H为磁场强度，M为铁磁性材料的总磁矩，μ指代原子磁矩，i指原子的序号，μ_Bi是指代第i个原子的原子磁矩，V表示的是原子体积；

将公式(2)代入公式(3)，铁磁性材料的磁记忆信号强度表示为：

结合公式(3)～(4)，总动量矩与原子磁矩的关系表示为：

由公式(4)～(5)得出总动量矩、原子磁矩与磁记忆信号强度的相关性；

研究电荷密度、总动量矩与磁记忆信号强度的关系，进而研究外力作用下的磁力学关系，根据Kohn-Sham方程，在有外力作用的情况下的单电子薛定谔方程为：

其中，p是有效玻尔磁子数，反映了电子自旋运动和轨道运动情况，ψ为波基函数，E是系统能量函数；V_eff为外力有效势，ρ(r)为电荷密度；

在坐标为r的电子的外力有效势V_eff(r)表示为：

其中，V_eff(r)指代的是在坐标为r的电子的外力有效势，V(r)为外场作用势、V_c(r)为库伦势，V_xc(r)为交换关联势，E_xc[ρ(r)]表示交换关联能，r表示电子坐标，公式(7)可表征电荷密度与外力作用的直接联系；

由公式(4)～(7)得出，在外力作用下，随着应力增加，电子壳层充满程度影响材料电荷密度分布，引起总动量矩和原子磁矩的变化，导致系统磁特性发生改变；通过构造波基函数ψ，求解公式(6)中的电荷密度分布以及原子磁矩的变化，研究铁磁性材料在外力场作用下的磁力学特性；

步骤2)：FLAPW全势线性缀加平面波法的使用；

线性缀加平面波基函数表示为：

在线性缀加平面波法中的公式(8)的波基函数基础上，在处理外力有效势和电荷密度时，改进对势的形状的限制，在间隙区域添加修正项即：

其中，MT表示球内区域，通过公式(9)构造哈密顿矩阵和交叠矩阵，再代入公式(6)求解波基函数，得到不同总动量矩J下的波基函数，即：

其中，c_i为展开系数，通过Rayleigh-Ritz变分原理得到，即由ψ_V(k,r)组成的泛函取驻值的条件，得到i个方程：

通过公式(10)的波基函数分别构造球内区域和球外区域的电荷密度，不同总动量矩J下不同的电荷密度分别为：

其中∫_BZ为在第一布里渊区的积分；通过公式(12)求解电荷密度后，代入公式(6)中求解总动量矩J，研究原子磁矩变化，进而研究铁磁性材料在外力场作用下的磁力学特性；

还包括计算电荷密度及原子磁矩部分，用于验证模型准确性，计算电荷密度及原子磁矩部分包括以下步骤：

①电荷密度计算；

利用基于密度泛函理论的量子力学模块CASTEP晶体库建立模型的模型上的z轴方向施加变化的压力，计算电子壳层中的电荷密度；

观察电荷分布随应力变化图谱，通过电荷密度、总动量矩和原子总磁矩的变化判断磁记忆信号强度的变化；

②原子磁矩计算；

计算原子磁矩，观察应力与原子磁矩关系图，判断磁记忆信号强度的变化情况。