本论文采用蒙特卡罗(Monte Carlo)方法研究了对称的钴、铁纳米环及不对称的钴纳米环的磁特性。论文结构安排如下： 第一部分，主要介绍了纳米科技、纳米环的基本概念及物理性质、纳米环的应用及研究现状、本论文的主要研究方法和研究内容。 首先，介绍了纳米材料的基本概念、发展史和物理性质。 其次，介绍了纳米环的基本内容： ①纳米环的定义、发展史： ②纳米环在磁记录方面的应用。 第三，简要概述了磁性纳米环的研究现状及存在的主要问题。 最后，提出了本文的研究方法和主要研究内容。 第二部分，主要介绍了本论文涉及到的理论基础。 首先，介绍磁性材料的磁滞现象，及几个相关参数，如剩磁Mr、矫顽力Hc等。 其次，介绍在模拟计算中的几个重要参量，如交换相互作用、偶极相互作用，磁晶各向异性等。 最后，介绍了几种典型的磁性材料，如软磁材料、硬磁材料、记录介质等。 第三部分，介绍了蒙特卡罗方法，并说明了蒙特卡罗方法在纳米环的磁特性计算中的应用。 第四部分，采用蒙特卡罗方法对不同尺寸的对称钴纳米环和铁纳米环的磁化动力学行为进行研究，分析了对称钴纳米环和铁纳米环的在反磁化过程中自旋组态的涡旋态稳定性与尺寸的关系、及剩磁率、矫顽力、磁滞回线中的台阶宽度与尺寸的关系，模拟得到不同尺寸纳米环的磁滞回线及不同磁状态点下的自旋组态，并分析相关磁参量的变化规律。这对于揭示对称磁性纳米环的磁化反转机制具有指导意义。模拟计算结果与实验结果吻合较好。 1.基于蒙特卡罗方法，计算了不同尺寸的对称钴纳米环的磁滞回线及在不同磁状态点下的自旋组态。模拟结果表明： ①大部分的钴纳米环的磁滞回线都出现了双台阶，即出现双稳态；只有宽度较小的纳米环的磁滞回线有单台阶的趋势。 ②磁滞回线的双台阶对应的组态为双稳态，即涡旋“vortex”态和洋葱“onion”态。 ③象征vortex态稳定性的磁滞回线台阶宽度/kHfc随着纳米环厚度、宽度变化的模拟结果表明，随着纳米环的厚度的增加△Hfc增大，随着纳米环宽度的增加反而有下降趋势。 ④不同尺寸纳米环的剩磁率随其尺寸变化关系的模拟结果表明，随纳米环厚度的增加，剩磁率下降。 2.基于蒙特卡罗方法，计算了不同尺寸的对称铁纳米环的磁滞回线、在不同磁状态点下的自旋组态及磁滞回线台阶宽度△Hfc和矫顽力Hc随纳米环尺寸变化的关系。模拟结果表明： ①宽度为40nm的铁纳米环在磁化反转过程中的磁滞回线出现双台阶所对应的自旋组态为涡旋“vortex”态和洋葱“onion”态，而且涡旋态比较稳定；宽度为80nm的铁纳米环在磁化反转过程比较复杂，磁滞回线出现多台阶，除了“vortex”态和“onion”态外，还出现了局域涡旋态；半径为100nm的圆盘一样出现多台阶，但涡旋态极不稳定。说明了铁纳米环及圆盘的尺寸对其磁化反转机制以及“vortex”态的稳定性有着很大的影响。 ②磁滞回线台阶宽度△Hfc和矫顽力Hc随铁纳米环尺寸变化关系的模拟结果表明，在Hc-W曲线中，当矫顽力Hc=0时，△Hfc-W曲线出现最大的峰值。在不同厚度的纳米环中也得到类似结论。说明了“vortex”态的稳定性具有明显的尺寸效应。 第五部分，构建内部形状为小圆和椭圆的不对称钴纳米环两种模型，基于蒙特卡罗方法，主要通过模拟其在不同磁状态点下的自旋组态和磁滞回线来研究这两种钴纳米环磁化反转过程中畴壁运动机制和涡旋态的旋转特征(顺时针和逆时针方向)。模拟结果表明： 当外加正向饱和磁场时，都出现正向“onion”态，当减少外加磁场，却出现了相反方向的涡旋态的特征，即一个为顺时针，一个为逆时针。而且在磁化反转过程中，畴壁的运动也不同。对比磁滞回线，从中可以看出磁化反转过程中涡旋态的特征随外加磁场方向的变化而变化。 第六部分，采用蒙特卡罗方法分别对一定尺寸的不对称钴纳米环随外加磁场方向的改变进行模拟计算，分析了它们的磁化动力学特征。发现外加磁场的不同对不对称纳米环在磁化反转过程中的涡旋态特征、畴壁运动机制、涡旋态形成的难易的程度及涡旋态的稳定性都有一定的影响。 1.模拟计算了不对称纳米环的在外加磁场方向为0°和90°时的磁滞回线及在不同磁状态点下的自旋组态以及分析了其畴壁运动的机理。模拟结果表明： ①当外加磁场方向为0°时，随着正向磁场的减少出现逆时针的涡旋特征：而外加磁场方向为90°时出现随着正向磁场的减少出现顺时针的涡旋特征，且涡旋态的产生更为容易。 ②纳米环中的畴壁能随纳米环的宽度及厚度的变化关系分析可以得出，随着厚度和宽度的增加，畴壁能也在增加。在磁化反转的过程中，畴壁往畴壁能小的方向运动，所以当外加磁场方向为90°时，纳米环的涡旋态比较容易产生。 2.模拟计算了一定尺寸的不对称钴纳米环在不同方向的外加磁场下的磁滞回线，及台阶宽度△Hfc，开关场Hsw随外加磁场角度变化的关系。模拟结果表明：所有磁滞回线都出现了明显的台阶，即对应于自旋组态中的涡旋态；开关场Hsw随角度的增加有所增大，但出现了两个平台；台阶宽度△Hfc随角度的增加而增大，但出现了三个平台。说明了外加磁场方向对不对称纳米环的涡旋态的稳定性及形成的难易有重要的影响。 最后，模拟了外加磁场方向为90°时，偏心情况不同的钴纳米环的磁滞回线。结果表明：越不对称的纳米环容易形成涡旋态，但是涡旋态最稳定的却是宽度为50nm和30nm的纳米环。说明了纳米环的对称度及尺寸对其磁特性有重要的影响。