双主相稀土永磁体主相空间分布调控矫顽力的微磁学仿真研究

《Nanomaterials》：Micromagnetic Investigation of the Effect of Main-Phase Distribution on the Coercivity of Nd2Fe14B/Dy2Fe14B Exchange-Coupled Magnets

　　

摘要

不同硬磁相的空间分布是影响双主相稀土永磁体矫顽力的关键因素。然而，在Nd₂Fe₁₄B/Dy₂Fe₁₄B磁体中，主相分布与磁化翻转行为之间的内在关系尚不明确。本研究基于MuMax3和OOMMF进行微磁学仿真，系统研究了主相空间排列方式对Nd₂Fe₁₄B/Dy₂Fe₁₄B交换耦合磁体磁性能及磁化翻转机制的影响。首先，构建单相Nd₂Fe₁₄B和Dy₂Fe₁₄B模型，以阐明两种相的固有磁性特征。计算得到的退磁曲线表明，尽管Nd₂Fe₁₄B的磁晶各向异性场H_A低于Dy₂Fe₁₄B，但由于其饱和磁化强度M_S更高，根据K = 12μ₀·H_A·M_S公式，其各向异性常数K略高。尽管如此，Dy₂Fe₁₄B表现出更强的抗磁化翻转能力，这体现在其更高的形核场H_N和矫顽力H_C上。这表明抗磁化翻转能力与H_A的关联比仅与K更为直接。随后，构建了三类交换耦合双主相Nd₂Fe₁₄B/Dy₂Fe₁₄B磁体模型，包括立方体、圆柱体和三明治结构，两种相的尺寸占比相同，以研究相空间分布对磁化翻转行为的影响。计算结果表明，由于Dy₂Fe₁₄B相具有更高的H_A，将Dy₂Fe₁₄B相置于外侧区域时，其H_N和H_C均高于相反排列方式，这增强了抗磁化翻转能力。对面内磁矩和角分布的进一步分析表明，磁矩偏转首先在H_A较低的Nd₂Fe₁₄B区域被激发，随后通过相界面上的交换耦合逐渐传播。这种相空间分布效应不仅适用于Nd₂Fe₁₄B/Dy₂Fe₁₄B交换耦合磁体。在Nd₂Fe₁₄B/La₂Fe₁₄B和Nd₂Fe₁₄B/SmCo交换耦合磁体中，将H_A较高的相置于外侧区域同样使H_N和H_C高于相反排列方式。此外，对于上述所有双主相交换耦合磁体，矫顽场均随磁体尺寸增大而降低。这些发现为双主相稀土永磁体通过空间相分布调控矫顽力提供了理论见解。