[发明专利]一种磁记忆信号检测方法

摘要

一种磁记忆信号检测方法属于铁磁性材料的磁记忆信号检测技术领域，尤其涉及一种磁记忆信号检测方法。本发明提供一种磁记忆信号检测方法。本发明包括以下步骤：步骤1）：建立磁力学模型；步骤2）：建立改进的J‑A模型；还包括验证模型准确性的仿真计算部分。

主权项

1.一种磁记忆信号检测方法，包括以下步骤：步骤1)：建立磁力学模型无外力作用时，铁磁性材料处于平衡状态，材料的总自由能为：E0＝Ems+Eel+EK                  (1)其中，Ems为铁磁晶体的磁弹性能，表示铁磁性与弹性之间相互作用所产生的能量，表示为：式(2)中、B1与B2分别为磁化作用下和形变作用下的磁弹性耦合系数；αi与αj表示磁化方向与所对应的晶轴间的夹角；eii与eij表示形变分量(i、j＝x、y、z)Eel为弹性能，表示材料发生弹性形变时，原子之间的相互作用力，根据弹性力学得：式(3)中，C11、C12、C44为弹性模量；eyz、exy、exz、exx、eyy、ezz均为形变分量；EK为各向异性能，表示铁磁性材料内电子自旋磁矩与轨道磁矩之间相互耦合作用所产生的能量，表示为：式(4)中，K1、K2为各向异性常数；α1、α2、α3为磁化方向与所对应的晶轴间的夹角；当铁磁性材料受到外力作用时，材料的总自由能包括由位错增殖所引起的应力能，即为：E＝Ems+Eel+EK+Eσ                 (5)式(5)中，Eσ为应力能，表示为：其中，λ100、λ111分别为<100>晶向和<111>晶向上的磁致伸缩系数；σ为应力值；γ1、γ2、γ3表示应力方向；α1、α2、α3为应力方向与所对应的晶轴间的夹角；当磁致伸缩系数各向相同时，即λ100＝λ111＝λs，则式(6)化简为：式中，θ为磁化方向与应力方向之间的夹角；根据能量最小理论，系统总能量最小时即为系统稳定的状态，根据式(5)和式(7)可知，改变磁化方向，便可有效减小应力能Eσ，使系统的总能量趋于最小；铁磁性材料在塑性形变的过程中，位错数量的大量增加，导致系统的应力能增大，根据系统能量平衡理论，将引起铁磁性材料磁特性的改变；步骤2)：建立改进的J‑A模型当铁磁性材料受到应力作用时，由于铁磁性材料的磁致伸缩性质，在其磁畴内部会产生有效场，其作用相当于对磁畴结构附加一个磁场Hσ，考虑系统在可逆的磁畴非滞后磁化情况下，系统能量可表示为：式中，μ0为真空磁导率；H为外部磁场强度；M为磁化强度；α为磁畴耦合系数；σ为应力值；λ为材料的磁致伸缩系数；T为温度；S为熵；通过式(8)对磁化强度M求导，并设外加载荷σ0与磁场强度H之间的夹角为θ，可得到有效场Hσ为：为构建适用于塑性变形的力磁耦合模型，在原有的J‑A模型中引入位错理论；当材料处于塑性变形阶段时，位错数量随塑性变形程度大量增加，并以位错结或位错胞的形式阻碍磁畴运动，此现象称为钉扎效应；根据位错理论，由钉扎作用而产生的钉扎能epin的表达式为：epin∝mHe(1‑cosθ')               (10)其中m为磁畴磁矩；He为有效场；θ'磁畴磁矩与磁场方向的夹角；设eπ为180°磁畴壁上的钉扎能，且eπ＝2mHe，根据式(10)，则：则180°磁畴壁上所有钉扎点的平均钉扎能设相邻磁畴间磁畴壁的面积为A，当磁畴壁移动x距离时，由于钉扎作用所消耗的能量为：其中n为钉扎点的密度；铁磁性材料在磁化过程中磁化强度M的改变量为：dM＝m(1‑cosθ')Adx               (14)将式(14)代入式(13)可得：将式(15)对磁化强度求导，并令n＝Kεp，K为与材料有关的参数，εp为总应变量，由此可得适用于铁磁性材料塑性形变阶段的有效场为：其中，由式(16)可见，改进后的J‑A模型将位错对于磁畴的钉扎作用考虑进去，建立了适用于塑性变形阶段的力磁耦合模型，进而可有效分析铁磁性材料在塑性形变过程中的磁力学特性；还包括验证模型准确性的仿真计算部分，包括以下步骤：1)层错能计算对存在位错结构的铁晶体力磁耦合模型施加压力，计算不同压力下，Fe弹性形变阶段与塑性形变阶段的层错能；观察层错能随压力的变化趋势，比较弹性形变的层错能和塑性形变的层错能随压力的变化曲线；2)弹塑性变形阶段磁特性计算计算不同压力作用下，弹性形变阶段和塑性形变阶段的自旋态密度，观察电子的自旋向上态密度与自旋向下态密度在费米能级附近是否发生劈裂，若发生劈裂，说明在弹性形变阶段，体系表现出很强的磁特性；若几乎不发生劈裂，说明当材料在塑性变形阶段，体系磁性发生改变；同时观察自旋态密度曲线的峰峰值随着压力变化的趋势，若随着压力的增大，自旋态密度曲线的峰峰值减小，说明压力增大，使体系的磁性减弱。