[发明专利]一种提高磁力计敏感性的方法

权利要求书

1.一种提高磁力计敏感性的方法，其特征在于包括如下步骤：

第一步：

构建一个由三个单自旋构成的三层铁磁模型，第一层是增益层，第二层是中性层，第三层是损耗层，三层之间相互耦合，增益层和中性层、中性层和损耗层之间相互耦合，并且耦合系数相同；假设第一层和第三层取相同材料参数，增益层和损耗层有数量相等、符号相反的增益系数和损耗系数，即阻尼；中间中性层无阻尼，材料不与第一层和第三层材料相同，使此系统具有PT对称性，三层磁矩方向均与水平面平行；

第二步：

此模型是一个基本的纯磁性结构，其磁矩运动满足LLG方程；此模型中，考虑静磁场各向异性场和层间交换作用，假设磁矩方向为x方向，静磁场方向为x方向和各项异性方向为x轴；

第一层和第三层用相同的材料参数，除了吉尔伯特阻尼，两层阻尼取值数值相等，符号相反以保证系统具有PT对称性，求解得出了支持三阶奇异点的约束条件：

其中ω_B1＝γ(B+K₁/M₁+λμ₀M₂)，ω_B2＝γ(B+K₂/M₂+2λμ₀M₁)，ω_λ1＝γλμ₀M₁，ω_λ2＝γλμ₀M₂；其中，B是磁场沿x方向的静磁场，M_n是第n层磁矩的饱和磁化强度，K_n是第n层的各向异性常数，K_n0，λ是层间交换常数，λ0，μ₀是真空磁导率，γ是旋磁比，α是阻尼参数，α＞0；

根据此方程，带入上述两种材料的各向异性常数和饱和磁化强度，计算得到三阶奇异点需要的条件，通过调节层间交换常数λ，阻尼参数α，磁场沿x方向的静磁场B等来得到三阶奇异点；计算发现调节层间交换常数λ，阻尼参数α，磁场沿x方向的静磁场B也能得到二阶奇异点；

在奇异点附近的扰动，引起特征值的分裂，用来探测微扰，并且有较强灵敏性；

第三步：

根据上面求得的结果调整参数，使系统处在奇异点处，然后研究微扰对系统的影响，假设微扰为ε，该微扰相当于在系统上施加了磁场沿x方向的静磁场B_ε，ε＝γB_ε/ω_λ2；分别考虑微扰在增益层和整个结构中的结果；

微扰的量级在10^-10到10^-2，当参数取值在二阶奇异点时，在增益层施加微扰ε，微扰使得合并的频率发生分裂，引起特征值以1/2指数形式劈裂；当参数取值在三阶奇异点时，微扰使得合并的频率发生分裂，引起特征值以微扰的1/3指数形式劈裂；其中Ω₁、Ω₂和Ω₃，此为从大到小排列的特征值；理论分析和数值计算表明，Ω₂和Ω₃的实部之间的频率差与ε^1/3成正比，并且相较于Ω1-Ω2、Ω1-Ω3两组频率差，Ω₂-Ω₃这组是最佳选择，因此在测量时系统的频率分裂成3个值，灵敏度通过监测Ω₂和Ω₃谱线的分离来评估，将遵循公式：

其中c＝Re(c₂₁-c₃₁)；

然后考虑微扰施加在整个结构的情况；因为磁场通常存在于整个空间内，会影响整个磁性系统；

考虑微扰施加在整个结构中，在二阶奇异点时，对于ε＞0，频率的解包含一个实数根和一对共轭复根，即正向微扰使得系统二阶奇异点的实部合并没有发生劈裂，所以不存在频率差，因此没有消除二阶奇异点的简并性；对于ε＜0，有三个实数根，即反向微扰系统发生劈裂，频率差与微扰的1/2次方成正比；在三阶奇异点时，正负方向微扰都会使特征值以1/3指数形式劈裂；

所以，通过测量三阶奇异点处的模型的特征频率的分裂值根据公式(2)来评估微扰的大小。

2.根据权利要求1所述的提高磁力计敏感性的方法，其特征在于还包括如下步骤：

第四步：

对于薄膜材料，考虑层内的交换作用，将单自旋模型扩展到铁磁三层模型，在上述模型中增加层内交换耦合作用；假设磁矩方向为x方向，静磁场方向和各项异性方向均为x方向，利用盛金公式来求解，得出了支持三阶奇异点的约束条件：

其中ω_λ1＝γλμ₀M₁，ω_λ2＝γλμ₀M₂；J_n是第n层的铁磁交换耦合常数，J_n＞0；k_x,k_y是x方向，y方向的波矢，B是磁场沿x方向的静磁场，M_n是第n层磁矩的饱和磁化强度，K_n是第n层的各向异性常数，K_n0，λ是层间交换常数，λ0；μ₀是真空磁导率，γ是旋磁比，α＞0；

从公式中可以看出，三阶奇异点的出现与有关，当确定时，获得一组参数k_x,k_y；特殊的是当k_x＝k_y＝0，结果与单自旋模型相同；

布里渊光散射技术能激发单模自旋波，获得单模自旋波后，调节层间间距得到交换作用，用自旋转移力矩得到阻尼，调节外部磁场得到想要的磁场沿x方向的静磁场B，这样来得到三阶奇异点，即用来探测微扰。