2022-11-10 09:12:47 由 yihong 发表
抽象的
材料的磁性表征通常通过测量磁滞回线来进行。 然而，不可能从磁滞回线获得相互作用或矫顽力分布的信息，因此，一阶反转曲线 (FORC) 提供了对材料磁化的可逆和不可逆分量的相对比例的洞察。 适用于 FORC 测量的材料的一些示例包括：
FORC 能够确定样品中磁性矿物的成分和粒度分布的地磁和地质材料。
交换耦合纳米复合永磁材料，FORC 能够研究硬磁相和软磁相之间的静磁和交换相互作用。
交换偏置自旋阀，FORC 能够研究材料中的切换分布和交换偏置，其中自由层磁化强度的切换受到固定层的磁状态的强烈影响。
磁性纳米线、纳米点或纳米粒子阵列，FORC 能够研究由于相邻线、点或粒子之间的耦合而导致的阵列中不可逆的磁相互作用或过程。
在本文中，我们将讨论 FORC 测量技术和导致 FORC 图的后续分析，并展示由 Ni 纳米线阵列组成的样品的测量结果。
图 1
FORC 曲线和 FORC 图
如图 1a 所示，通过使场 Hsat 中的样本饱和，将场减小到反转场 Ha，然后以一系列规则的场步长 Hb 将场扫回 Hsat，来测量 FORC。 对于 Ha 的许多值重复此过程，产生一系列 FORC，并且在每个步骤中测量的磁化强度作为 Ha 和 Hb 的函数给出 M(Ha,Hb)，如图 1b 所示。 如图 1c 所示，然后将 M(Ha, Hb) 绘制为场空间中 Ha 和 Hb 的函数。FORC 分布 ρ(Ha, Hb) 定义为图 1c 所示表面的混合二阶导数： 方程。 1) ρ(Ha, Hb) = -∂2 M(Ha, Hb)/ ∂Ha∂Hb FORC 图是 ρ(Ha, Hb) 的等值线图，如图 1d 所示，轴通过改变坐标旋转 (Ha, Hb) 到 Hc =(Hb – Ha)/2 和 Hu = (Hb + Ha)/2 其中 Hu 对应于相互作用场的分布，而 Hc 对应于切换场的分布。
FORCs 可以通过使用任何类型的磁力计来测量，这些磁力计可以测量材料的直流或静磁特性。 最常见的技术是振动样品磁力计 (VSM)、SQUID 磁力计和交替梯度磁力计 (AGM)。 FORC 测量有两个技术考虑因素：1) 因为等式 1 中的二阶导数显着放大了测量噪声，所以测量技术的灵敏度对于磁性弱的样品很重要，就像任何可以应用于原始数据的平滑一样，以及 2) 一个典型的 FORC 序列可能包含数千个数据点，如果测量本身就很慢，这些数据点可能会变得笨重和麻烦；因此，测量速度非常重要。
Lake Shore PMC MicroMag™ VSM 和 AGM 系统可以说是 FORC 测量的标准，因为它们具有灵敏度和测量速度。
典型的磁测量结果
在本文中，我们将介绍磁性纳米线阵列的 AGM FORC 曲线测量结果。
磁性纳米线、纳米点和纳米颗粒是一类重要的纳米结构磁性材料。这些结构的至少一个尺寸在纳米（nm）范围内，因此，由于尺寸限制，这些材料中出现了新现象。这些结构是自旋电子学、高密度记录介质、微波电子学、永磁体以及医学诊断和靶向药物输送应用等重要技术应用的理想候选者。除了技术应用外，这些材料还代表了纳米级磁相互作用和磁化机制的基础研究的实验场所。在研究这些材料中的磁相互作用时，最有趣的配置之一是磁性纳米线的周期性阵列，因为可以控制线的尺寸及其相对于彼此的排列。线间耦合是纳米线阵列中最重要的效应之一，因为它显着影响磁化转换以及微波和磁传输特性。实验上，FORCS 用于研究这些相互作用的效果和强度。
图 2：使用 PMC MicroMag™ VSM（顶部）和 AGM（底部）等系统进行 FORC 测量
图 3：Ni 磁性纳米线阵列的一阶反转曲线 (FORC)（样品由 L. S. Spinu5 提供。）
图 4：根据 FORC 分析确定的相互作用场分布
图 3 显示了一系列一阶反转曲线 (FORC)，使用 AGM 测量平均直径为 70 nm、孔间距为 250 nm5 的周期性 Ni 纳米线阵列。 使用阳极氧化铝膜作为模板通过电沉积制备纳米线样品。 作为 AGM 测量速度的一个例子，FORC 曲线由 4,640 个点组成，并且仅在 20 分钟内记录了数据。 对这些 FORC 曲线的分析得出了图 4 中所示的局部相互作用 Hu 和矫顽 Hc 场分布。该测量协议和分析提供了有关此纳米级导线阵列中不可逆磁相互作用或过程的附加信息，这些信息无法从标准磁滞回线中获得 测量。
结论
FORC 在表征相互作用和矫顽力分布方面是必不可少的，这些分布揭示了许多技术上重要的磁性材料中磁化的可逆和不可逆分量的相对比例。 在本文中，我们讨论了 FORC 测量技术和导致 FORC 图的后续分析，并展示了由 Ni 纳米线阵列组成的样品的测量结果。
