有序纳米颗粒系综中偶极相互作用的各向异性效应

我们开展广泛的计算机模拟,以研究有序磁性纳米颗粒阵列 ($l^{}_x\times l^{}_y$) 的滞回特性随长宽比 $A^{}_r=l^{}_y/l^{}_x$、偶极相互作用强度 $h^{}_d$ 以及外磁场方向的变化关系。我们考虑了易轴对齐情形,$\alpha$ 为取向角。这为揭示各向异性和偶极相互作用在此类多变系统滞回响应中的显式作用提供了一条优雅途径。在弱偶极相互作用($h^{}_d\leq0.2$)下超顺磁特性占主导,导致滞回环面积最小。值得注意的是,即便在中等相互作用强度($h^{}_d\approx0.4$)下也会出现双环滞回,令人联想到反铁磁耦合。这些特征强烈依赖于 $\alpha$ 和 $A^{}_r$。有趣的是,只要 $A^{}_r$ 极大且外磁场沿 $y$ 方向,滞回环面积随 $h^{}_d$ 增大而增大。矫顽场 $\mu^{}_oH^{}_c$、剩磁 $M^{}_r$ 以及热耗散 $E^{}_H$ 也强烈依赖于这些参数。在固定 $\alpha$ 且 $A^{}_r\leq4.0$ 时,无论外场方向与偶极相互作用强弱($h^{}_d\leq0.4$),$\mu^{}_oH^{}_c$ 均随 $h^{}_d$ 增大而增大。只要 $A^{}_r$ 很大且磁场沿 $y$ 方向,偶极相互作用也会提升 $M^{}_r$。无论 $A^{}_r$、$\alpha$ 及磁场方向如何,在可忽略及弱偶极相互作用下 $E^{}_H$ 均最小。值得注意的是,若 $A^{}_r$ 极大且磁场沿系统长轴方向,磁相互作用会增强 $E^{}_H$。这些结果有益于数字数据存储、自旋电子学等多种相关应用。