[发明专利]一种提高磁力计敏感性的方法

说明书

本发明提供一种增强磁力计灵敏性的方法，在纯磁性系统中，根据在奇异点上的非厄米简并会产生对外部扰动的非线性响应，来提高磁力计的灵敏度。奇异点处两个或更多的特征值及其对应的特征向量被同时合并，在奇异点处有微扰时，本征频率偏移服从外部扰动的1/N次幂，其中N是奇异点的阶数。包含以下步骤：(1)构建一个具有PT对称性的三层铁磁单自旋模型；(2)考虑外加磁场，各向异性场和层间交换作用，用LLG方程得到单自旋模型的特征值方程，利用盛金公式求解特征值方程，得到三阶奇异点的条件；(3)利用上面计算得到的奇异点条件，使模型处在三阶奇异点处。施加微扰后合并的特征频率会分裂，可以通过频率的分离来评估微扰的大小。

技术领域

本发明属于磁器件技术领域，具体涉及到具有PT对称性结构的纯磁性系统中利用三阶奇异点提高磁力计敏感性的方法。

背景技术

磁力计是测量磁场强度和方向的仪器的统称。测量地磁场强度的磁力计可分为绝对磁力计和相对磁力计两类。主要用途是进行磁异常数据采集以及测定岩石磁参数。磁力计首先是由Carl Friedrich Gauss于1833年发明的，并在19世纪有了迅速发展。现在它已用于矿物勘探、加速剂物理、考古学、移动电话等。磁力计从传统的矿产、石油行业的应用逐渐发展至高精尖的航空磁测、太空宇宙飞船探测行星中，所以磁力计被要求满足更高需求，需要更高的灵敏度。

许多物理知识应用于磁力计上。例如，磁通门磁力计利用某些高磁导率的软磁材料在外场作用下的电磁感应现象测定外场。磁阻器件由其电阻随磁场变化而变化的坡莫合金(镍铁磁性薄膜)的薄带制成，参数的变化从外部场的变化线性地变化。以上应用均基于线性关系的变化来探测外场。在实际应用场景中需要在极端温度或低频率极限工作时，要求超高灵敏度的磁流量计(如超导量子干涉装置)。最近的研究提供了一种磁力计能够解决以上问题，即利用非厄米简并性质增强了磁力计的灵敏度。

奇偶时间(PT)对称系统是一类非厄米哈密顿系统，它在奇偶算子P和时间反转算子T的联合作用下是对称的，由于有趣的基本性质和有前途的应用，它得到了大量的关注。在量子力学、光学、电子电路和磁系统等许多领域中研究了此系统。PT对称非厄米哈密顿量可以表现出全实数的谐波和自发的对称的破缺，伴随着在奇异点(EP)的实数与复数同时存在的谐波相变。EP是参数空间中的波谱奇异点，其中两个或更多的特征值及其对应的特征向量被同时合并。在EP附近，本征频率差服从外部扰动的1/N次幂指数关系，其中N是EP的阶数，即有合并的特征值个数为N，此理论在光学和电子电路中通过实验验证。

近年来磁性系统中的EPS引起了人们的兴趣，然而在纯磁系统中对高阶EP的研究尚未得到解决，这促使我们发掘一些新技术来解决这个问题。

发明内容：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本文研究了纯磁性系统中高阶奇异点的存在条件，然后利用奇异点处本征频率差服从外部扰动的1/N次幂指数关系，以提高敏感性的应用。为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

一种在纯磁性系统中利用三阶奇异点提高磁力计敏感性的方法，首先构建模型，具有PT对称性的非厄米系统，然后计算奇异点的存在条件，通过调节参数使系统处在奇异点状态，当微扰作用于模型上时，通过探测微扰导致的频率分裂差值来计算微扰值；

所述设计方案包含以下步骤：

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：