基于自旋波理论的纳米磁共振极限关系研究

磁谱参数，尤其是磁导率虚部，与材料本征磁参数、结构形貌参数的制约关系，作为高频磁性材料性能的标杆和发展方向的理论指导，一直伴随着材料的发展而不断进化。 本项目所提出的纳米周期磁结构同时具有纳米结构自旋波共振和周期结构性能耦合的特征，从而扩展了共振带宽，满足磁性材料"高频、宽带"的发展趋势，是当前研究的前沿热点。但自旋波模式的激发决定了其高频磁谱无法用已有静磁极限关系来分析，必须从自旋波理论出发构建新的模型。 在本人及课题组对该领域开展了大量工作的基础上，本项目提出以独特的有效场模式来表征周期磁结构自旋磁矩进动的耦合特征，基于自旋波理论建立磁共振模型和有效参数模型，解决阻碍该类材料发展的关键科学问题，推导出新型磁共振极限关系；并以此为基础，优化材料设计进行高频宽带周期磁结构薄膜验证。 本项目的开展将打破该领域依赖静磁特性的材料设计思路，为动态磁化理论和高频磁性材料研究带来新的局面。

随着信息技术的进步，特别是对电磁波吸收材料的需求，磁性材料形成了“高频、宽带”的必然发展趋势。在新兴技术中，纳米结构自旋波共振能够为磁性材料在更宽的频带内带来磁共振应用，而周期结构耦合性能有望引发新的磁谱特性，是解决高频磁性材料“宽带”问题的关键技术，也带来了对磁极限关系的挑战。本项目以此为研究核心，对新型复合磁性材料的磁谱特性、物理机制以及优化设计进行研究。发表SCI期刊论文11篇，申请专利4项，培养博士研究生3名、教育部新世纪优秀人才1名。主要研究成果如下：（1）构建微波频段多铁磁共振的纳米（微米）异形磁性颗粒复合体系，基于非一致进动交换模型和偶极-偶极相互作用理论提出了形貌特性对纳米结构自旋波模式的影响规律，探索了该材料体系的电磁极化特性以及微波能量电磁损耗机制，形成了一类具有高电磁匹配特性的电磁波吸收材料体系；（2）从磁共振的基本原理和极限关系出发，通过分析周期孔洞结构设计对铁磁薄膜畴结构的影响以及微观缺陷结构带来材料阻尼性质的变化规律，提出了畴结构单元共振机理以及阻尼作用下的磁谱演变特征及磁共振极限关系，为复杂周期磁结构的动态磁谱设计提供了理论支持；（3）结合材料特性和周期结构耦合特性，提出了以“优化电磁场分布、发挥磁性材料本征磁谱特性”为核心的磁性吸波材料优化设计技术，为解决“宽带”问题奠定了基础；（4）根据周期结构磁共振的设计思路结合应用需求，发展了基于等效磁共振吸波的红外频段吸波结构及其等效磁导率计算方法，拓展了磁共振极限关系的研究内涵和应用范围。