[发明专利]一种获取铁磁性材料的磁学性质中降低内存需求方法

摘要

一种低内存需求的批量获取磁性材料的M‑T曲线、ΔS‑T曲线的方法，建议分类号为G01N 27/72。本发明既不是对现有热力学理论的改进，也不是对现有磁熵变的计算机计算方法作出的算法改进，而是专门针对利用PPMS系统进行磁性材料的测量得到磁矩—磁场—温度测试数据并进行技术处理而得到测量磁性材料的磁熵变‑温度特性的技术方案，不仅解决了现有技术中PPMS测量得到的数据难以获取磁性材料的磁熵变的难题，其效率大大提升，极大地降低了对计算机内存的需求。

主权项

1.一种低内存需求的批量获取磁性材料的M‑T曲线、ΔS‑T曲线的方法，其特征在于：该方法仅用于以美国Quantum Design公司的PPMS(Physical Property Measurement System，综合物性测量系统)进行磁性材料的磁学性质测量；且，包括如下步骤：A)按照符合PPMS操作规范的流程，称量将待测试的磁性材料的质量，记录下该质量值，将待测试的磁性材料装入PPMS测量系统中；以下所有操作步骤均通过计算机来完成：B)在PPMS的控制计算机上设定测试的温度序列值，各个测试温度成等间距序列，间隔为ΔT；设定测试的磁场强度，这里所述的磁场强度是指磁滞回线中的磁场强度的绝对值的最大值，磁场从0增加到正向最大值，再逐渐变化到负向最大值，然后再逐渐回到正向最大值；在每一个设定的测试温度下，磁性材料均历经同样的所述磁场扫描；C)在给定温度下给磁性材料施加一随时间变化的外磁场H，测量在所述温度下的第一条M‑H曲线；上述测试完成后，使温度增加或减少一固定值，即温度等步长地增大或减小，重复进行上述测量步骤；在每次测量过程中温度保持恒定不变；依次逐次测量磁性材料的M‑H曲线，直至完成所设定的所有温度序列下的M‑H曲线；依照PPMS操作规范的流程，导出所测试材料的所有数据，除标题行外，每一行数据中由温度值、所施加的外磁场强度、所测磁性材料的磁矩构成；根据测量数据量的多少，导出的测试数据文件可能是一个或多个数据文件，不同的温度、不同的H值下的测试数据合并存储在所述一个或多个数据文件中，即使导出的数据文件为多个，在每个单独的数据文件中，也包含有不同的温度、不同的H值下的测试数据，且这些H值的间隔(ΔH)是不均匀的；D)将步骤C)测试得到的实测数据分割为按温度组合(M‑H)T的实测数据，所述温度组合(M‑H)T每列数据T相等，但H间隔不均匀：逐行读取所导出的测试数据，利用计算机按照设定的测试温度进行数据分割，将步骤C)中导出的数据文件分割成各个按照设定测量温度值来独立存储M‑H数据的文件，将在每个测试温度下测量得到的(M‑H)T数据分别存储在各自独立的(M‑H)T文件中，这些分割得到的(M‑H)T文件存储在外存储器中；在每个独立的(M‑H)T文件中，只存储在测量得到的从正向最大H值扫描到负向最大H值的过程的数据；当步骤D)中得到多个数据文件时，则对多个数据文件轮次进行逐行读取；具体步骤为：E)以计算机外存储器为数据暂存介质，将步骤D得到的按各个温度T单独存储、且磁场强度H间隔不均匀的(M‑H)T实测数据转换、存储为按指定磁场强度H序列单独存储、且H值间隔均匀的(M‑H)T数据文件：获得指定等间距H序列下的一系列的(M‑T)H数据文件，构成了(H，M，T)三维数组：根据步骤E)分割得的代表不同温度下测量得到的(M‑H)T数据文件，利用计算机按照指定的H变化步长ΔH进行数据采样，获得指定H序列下的一系列的(M‑T)H数据文件，所述指定H序列；H变化步长过大会导致后续计算过程中误差较大，而H变化步长过小则会导致计算效率低下且并不能切实提高计算精确度；步骤E)具体步骤如下：E‑a)在外部存储器中建立一个用于存储按指定磁场强度H序列、且H值间隔均匀的(M‑H)T数据文件的文件夹；指定一系列的H序列值，所述H序列值以恒定步长ΔH递增；以包含指定H序列的H值为文件名，在外部存储器的上述新建的文件夹中建立一系列代表各自H值的独立的数据文件；在外部存储器所建立的数据文件中，以追加的方式写入标题行，标题行包含M、T两个物理量；E‑b)获取指定H序列中第一个指定H值下的(M‑T)H测试数据序列，并将所述(M‑T)H测试数据序列以追加的方式写入在步骤E‑a)中所建立的对应H值的数据文件中，该操作具体步骤如下：依照温度从低到高或从高到低的次序，遍历读取步骤E)中存储在外存储器中的、代表在每个测试温度下测量得到的、各自独立的(M‑H)T数据文件；每个文件的读取方式均为逐行读取；在逐行读取每一个文件时，均比较所读取的每一行的H值，并将所读取到的H值与所指定的H值求差值后取绝对值，当所得到的绝对值最小时，选取该行的最邻近的上、下行各自的M值，以线性插值的公式计算指定H值下所对应的M值，将所读取的数据文件所代表的温度值、计算得到的M值作为一行数据以追加写入的方式写入在步骤E‑a)中所建立的对应H值的数据文件中；例如，指定H值下所对应的M值采用如下公式进行计算：当读取到的第i行位于所读取的数据文件的开头前2行或结尾最后2行时，不采用该公式进行计算，而以其最邻近的数据点的M值作为所指定的H值所对应的M值；或采用下面的计算式：当读取到的第i行位于所读取的数据文件的开头前3行或结尾最后3行时，不采用该公式进行计算，而以其最邻近的数据点的M值作为所指定的H值所对应的M值；或当读取到的第i行位于所读取的数据文件的开头前4行或结尾最后4行时，不采用该公式进行计算，而以其最邻近的数据点的M值作为所指定的H值所对应的M值；或当读取到的第i行位于所读取的数据文件的开头前5行或结尾最后5行时，不采用该公式进行计算，而以其最邻近的数据点的M值作为所指定的H值所对应的M值；在上述各式中，i表示所读取到的第i个数据点，依此类推，i‑3、i‑2、i‑1、i+1、i+2、i+3、i+4分别表示表示所读取到的第i‑3、i‑2、i‑1、i+1、i+2、i+3、i+4个数据点，即某个数据文件除去标题行后的第i‑3、i‑2、i‑1、i+1、i+2、i+3、i+4行，第i行满足条件：第i行的实测H值小于指定的H值，第i‑1行的实测H值大于指定的H值，式中H、M分别代表物理量Magnetic Field和Moment；当遍历读取完所有的遍历读取步骤E中存储在外存储器中的、代表在每个测试温度下测量得到的、各自独立的(M‑H)T数据文件后，关闭步骤E‑b1)中所有读、写过的文件，获得指定H序列中第一个指定H值下的(M‑T)H测试数据文件；E‑c)更改指定H值为步骤E‑a中指定的H序列的第二、第三、……直至最后一个H值，重复步骤E‑b，分别获取指定的H序列的第二、第三、……直至最后一个H值下的(M‑T)H测试数据文件；这样便得到了按指定磁场强度H序列单独存储、且H值间隔均匀的(M‑H)T数据文件，可以构成(H，M，T)三维数组；F)依次逐行读取步骤E)得到的H值间隔均匀的(M‑H)_T数据文件，求解每一个H值下的M对温度T的偏导数具体步骤为：在外部存储器中建立一个用于存储的数据的文件夹；逐行读取步骤E)得到的H值间隔均匀的(M‑H)T数据文件，除去第一行标题行外，将读取到的每一行的数据存储于一个临时数组中；在外部存储器的用于存储的数据的文件夹中建立一个包含有该H值为文件名的数据文件；在所建立的数据文件中，以追加的方式写入标题行的内容，标题行包括磁场强度H和偏导数两个物理量及分隔符；从每个(M‑H)T数据文件的第三行起，将读取到的该行的M值减去上一行读取到的M值，记为ΔM；将读取到的该行的H值减去上一行读取到的H值，记为ΔT；利用下面的公式来计算每一个指定H值下的M对温度T的偏导数：将T值及相应的偏导数以逐行追加的方式写入步骤F)建立的文件夹下的数据文件中；重复上述过程，遍历其余所有的(M‑H)_T数据文件，获得全部指定H序列下的数据文件；G)指定T序列，T序列可以是步骤B)中所设定的T序列，或者是步骤B)中所设定的T序列的子集；设定积分公式中的积分下限和上限；依次逐行读取步骤F)中建立的数据文件，对步骤F)中得到的一系列数据曲线在指定条件下求积分，得到指定T序列下的一系列的ΔS‑T数据，具体步骤如下：在外部存储器中建立一个用于存储的ΔS‑T数据文件的文件夹；依此遍历并逐行读取步骤F得到的数据文件，除去第一行标题行外，将读取到的每一行的数据存储于一个临时数组中；在外部存储器的用于存储的ΔS‑T数据的文件夹中建立一个包含有步骤G)所设定的该积分上限H值为文件名的数据文件；在所建立的数据文件中，以追加的方式写入标题行的内容，标题行包括温度T和磁熵变两个物理量及分隔符，例如：“TemperatureΔS”；逐行读取步骤F得到的数据文件，从第二行开始，将读取到的每一行的数据存储于一个临时数组中，当读取到T值等于步骤G)中指定T序列中的T值时，以一临时变量来存储该行的值；终止继续读取该数据文件，继续读取下一个数据文件，重复本段所述的操作，将所有读取到的指定T值所对应的进行累加，直至遍历完全部的数据文件，得到其累加值将上述累加值乘以H步长，即其乘积即为指定T值、积分下限、上限条件下的磁熵变ΔS，其中ΔH是一个固定不变的值；将所得到的温度T、磁熵变ΔS以及分隔符，以逐行追加的方式写入步骤G所建立的文件下的ΔS‑T数据文件中；重复上述步骤G所述过程，遍历其余所有指定T序列下的一系列的数据文件，获得全部指定条件下的一系列的ΔS‑T数据；保持积分下限不变，更改积分上限，重复G步骤)中上述步骤，获得新的指定磁场变化条件下的全部指定T序列下的一系列的ΔS‑T数据；H)关闭上述所有步骤中读、写过的数据文件；所述H指PPMS系统导出的数据文件中的物理量Magnetic Field，即外加磁场强度；所述M指PPMS系统导出的数据文件中的物理量Moment，即磁性材料的磁矩；所述T指PPMS系统导出的数据文件中的物理量Temperature，即测试温度；所述S指磁性材料的磁熵；