偶极相互作用纳米颗粒二维组装中的磁弛豫

利用能垒的两能级近似，我们进行了广泛的动力学蒙特卡洛模拟，以探究磁性纳米颗粒二维（$L^{}_x\times L^{}_y$）阵列中的弛豫特性随偶极相互作用强度 $h^{}_d$、长宽比 $A^{}_r=L^{}_y/L^{}_x$ 和温度 $T$ 的变化关系。在弱偶极相互作用（$h^{}_d\approx0$）和较高温度下，磁弛豫如预期遵循 Néel-Brown 模型。有趣的是，足够强度的偶极相互作用会在方形排列的 MNP（$A^{}_r=1.0$）中诱导反铁磁耦合，导致磁弛豫随 $h^{}_d$ 加快。即使在特定偶极相互作用强度 $h^{\star}_d$ 以上且 $A^{}_r<100$ 时，弛豫也会快速增加，并随 $A^{}_r$ 增强。值得注意的是，对于高度各向异性系统（如 MNP 线性链），磁弛豫随 $h^{}_d$ 减慢。这是因为在此情形下偶极相互作用诱导了铁磁相互作用。热涨落也剧烈影响弛豫性质。在弱偶极极限下，由于热涨落增强，磁化随 $T$ 快速弛豫。偶极相互作用和长宽比对磁弛豫的影响也在 Néel 弛豫时间 $\tau^{}_N$ 的变化中清晰体现。在强偶极相互作用（$h^{}_d>0.3$）和 $A^{}_r=1.0$ 下，给定温度下 $\tau^{}_N$ 随 $h^{}_d$ 减小。另一方面，对于巨大 $A^{}_r$ $(>100)$，$\tau^{}_N$ 随 $h^{}_d$ 增大。我们相信本工作提出的概念有利于自组装 MNP 阵列在数据存储及其他相关应用中的高效使用。