HHaannddbbooookk ooff AAddvvaanncceedd MMaaggnneettiicc MMaatteerriiaallss VVoolluummee II:: AAddvvaanncceeddMMaaggnneettiicc MMaatteerriiaallss:: NNaannoossttrruuccttuurraall EEffffeeccttss HHaannddbbooookk ooff AAddvvaanncceedd MMaaggnneettiicc MMaatteerriiaallss VVoolluummee II:: AAddvvaanncceedd MMaaggnneettiicc MMaatteerriiaallss:: NNaannoossttrruuccttuurraall EEffffeeccttss EEddiitteedd bbyy:: YYii LLiiuu CCeenntteerr ffoorr MMaatteerriiaallss RReesseeaarrcchh aanndd AAnnaallyyssiiss UUnniivveerrssiittyy ooff NNeebbrraasskkaa LLiinnccoollnn,, NNeebbrraasskkaa DDaavviidd JJ.. SSeellllmmyyeerr CCeenntteerr ffoorr MMaatteerriiaallss RReesseeaarrcchh aanndd AAnnaallyyssiiss UUnniivveerrssiittyy ooff NNeebbrraasskkaa LLiinnccoollnn,, NNeebbrraasskkaa DDaaiissuukkee SShhiinnddoo IInnssttiittuuttee ooff MMuullttiiddiisscciipplliinnaarryy RReesseeaarrcchh ffoorr AAddvvaanncceedd M~1aatteerriiaallss TToohhookkuu UUnniivveerrssiittyy SSeennddaaii,, JJaappaann (A) TTssiinngghhuuaa UUnniivveerrssiittyy PPrreessss ~€l SSpprriinnggeerr LLiibbrraarryyooffCCoonnggrreessssCCaattaallooggiinngg--iinn--PPuubblliiccaattiioonnDDaattaa IISSBBNN--IIOO:: 11--44002200--77998833--44 ee--IISSBBNN--IIOO:: 11--44002200--77998844--22 IISSBBNN--1133:: 997788--11440022--0077998833--22 ee--IISSBBNN--1133:: 997788--11440022--0077998844--99 ©©22000066SSpprriinnggeerrSScciieennccee++BBuussiinneessssMMeeddiiaa,,IInncc.. AAllll rriigghhttss rreesseerrvveedd.. TThhiiss wwoorrkk mmaayy nnoott bbee ttrraannssllaatteedd oorr ccooppiieedd iinn wwhhoollee oorr iinn ppaarrtt wwiitthhoouutt tthhee wwrriitttteennppeerrmmiissssiioonnoofftthheeppuubblliisshheerr((SSpprriinnggeerrSScciieennccee++BBuussiinneessssMMeeddiiaa,, IInncc..,,223333SSpprriinnggSSttrreeeett,,NNeeww YYoorrkk,, NNYY 1100001133,, UUSSAA)),,eexxcceeppttffoorrbbrriieeffeexxcceerrppttssiinnccoonnnneeccttiioonnwwiitthh rreevviieewwssoorrsscchhoollaarrllyyaannaallyyssiiss.. UUssee iinn ccoonnnneeccttiioonn wwiitthh aannyy ffoorrmm ooff iinnffoorrmmaattiioonn ssttoorraaggee aanndd rreettrriieevvaall,, eelleeccttrroonniicc aaddaappttaattiioonn,, ccoommppuutteerrssooffttwwaarree,,oorrbbyyssiimmiillaarroorrddiissssiimmiillaarrmmeetthhooddoollooggyy nnooww kknnoowwnn oorrhheerreeaafftteerrddeevveellooppeedd iiss ffoorrbbiiddddeenn.. TThheeuusseeiinntthhiissppuubblliiccaattiioonnooffttrraaddeennaammeess,,ttrraaddeemmaarrkkss,,sseerrvviicceemmaarrkkssaannddssiimmiillaarrtteerrmmss,,eevveenniifftthheeyy aarreennoottiiddeennttiiffiieeddaassssuucchh,,iissnnoottttoobbeettaakkeennaassaanneexxpprreessssiioonnooffooppiinniioonnaassttoowwhheetthheerroorrnnootttthheeyyaarree ssuubbjjeeccttttoopprroopprriieettaarryyrriigghhttss.. PPrriinntteeddiinntthheeUUnniitteeddSSttaatteessooffAAmmeerriiccaa.. 99 88 77 66 55 443322 II SSPPIINN 1111009977773300 sspprriinnggeerroonnlliinnee..ccoomm HHaannddbbooookk ooff AAddvvaanncceedd MMaaggnneettiicc MMaatteerriiaallss PPrreeffaaccee IInn DDeecceemmbbeerr 22000022., tthhee wwoorrlldd''ss ffiirrsstt ccoommmmeerrcciiaall mmaaggnneettiicc lleevviittaattiioonn ssuuppeerrttrraaiinn wweenntt iinnttoo ooppeerraattiioonn iinn SShhaanngghhaaii.. TThhee ttrraaiinn iiss hheelldd jjuusstt aabboovvee tthhee rraaiillss bbyy mmaaggnneettiicc lleevviittaattiioonn ((mmaagglleevv)) aanndd ccaann ttrraavveell aatt aa ssppeeeedd ooff 440000 kkmm//hhrr ccoommpplleettiinngg tthhee 3300kkmm jjoouurrnneeyy ffrroomm tthhee cciittyy ttoo tthhee aaiirrppoorrtt iinn mmiinnuutteess.. NNooww ccoonnssuummeerrss aarree eennjjooyyiinngg 5500 GGBB hhaarrdd ddrriivveess ccoommppaarreedd ttoo 00..55 GGBB hhaarrdd ddrriivveess tteenn yyeeaarrss aaggoo.. AAcchhiieevveemmeennttss iinnmmaaggnneettiiccmmaatteerriiaallss rreesseeaarrcchh hhaavveemmaaddee ddrreeaammss ooff aa ffeeww ddeeccaaddeess aaggoo rreeaalliittyy.. TThhee oobbjjeeccttiivvee ooff tthhiiss bbooookk iiss ttoo pprroovviiddee aa ccoommpprreehheennssiivvee rreevviieeww ooff rreecceenntt pprrooggrreessss iinn mmaaggnneettiicc mmaatteerriiaallss rreesseeaarrcchh.. TThhee wwhhoollee bbooookk ccoonnssiissttss ooffffoouurr vvoolluummeess., eeaacchh vvoolluummee ffooccuussiinngg oonn aa ssppeecciiffiiccffiieelldd.. GGrraadduuaattee ssttuuddeennttss aanndd pprrooffeessssiioonnaall rreesseeaarrcchheerrss aarree ttaarrggeetteedd aass tthhee rreeaaddeerrss.. EEaacchh cchhaapptteerr wwiillll hhaavvee aann iinnttrroodduuccttiioonn ttoo ggiivvee aa cclleeaarr ddeeffiinniittiioonn ooff bbaassiicc aanndd iimmppoorrttaanntt ccoonncceeppttss ooff tthhee ttooppiicc.. TThhee ddeettaaiillss ooff tthhee ttooppiicc aarree tthheenn eelluucciiddaatteedd tthheeoorreettiiccaallllyy aanndd eexxppeerriimmeennttaallllyy.. NNeeww iiddeeaass ffoorr ffuurrtthheerr aaddvvaanncceemmeenntt aarree tthheenn ddiissccuusssseedd.. SSuuffffiicciieenntt rreeffeerreenncceess aarree aallssoo iinncclluuddeedd ffoorr tthhoossee wwhhoo wwiisshh ttoo rreeaadd tthhee oorriiggiinnaall wwoorrkk.. MMaannyy ooff tthhee aauutthhoorrss aarree wweellll kknnoowwnn sseenniioorr sscciieennttiissttss.. WWee hhaavvee aallssoo cchhoosseenn ssoommee aaccccoommpplliisshheedd yyoouunngg sscciieennttiissttss ttoo pprroovviiddee rreevviieewwss oonn nneeww aanndd aaccttiivvee ttooppiiccss.. IInn tthhee llaasstt ddeeccaaddee., oonnee ooff tthhee mmoosstt ssiiggnniiffiiccaanntt tthhrruusstt aarreeaass ooff mmaatteerriiaallss rreesseeaarrcchh hhaass bbeeeenn nnaannoossttrruuccttuurreedd mmaaggnneettiicc mmaatteerriiaallss.. TThheerree aarree sseevveerraall ccrriittiiccaall ssiizzeess tthhaatt ccoonnttrrooll tthhee bbeehhaavviioorr ooff aa mmaaggnneettiicc mmaatteerriiaall.. FFoorr eexxaammppllee., tthhee ccooeerrcciivviittyy ooff aa mmaaggnneettiicc mmaatteerriiaall mmaaddee ooff ppaarrttiicclleess iinnccrreeaasseess wwiitthh ddeeccrreeaassiinngg ppaarrttiiccllee ssiizzee,. rreeaacchhiinngg aa mmaaxxiimmuumm wwhheerree ccoohheerreenntt rroottaattiioonn ooff aa ssiinnggllee--ddoommaaiinn ppaarrttiiccllee iiss rreeaalliizzeedd., aanndd tthheenn ddeeccrreeaasseess wwiitthh ffuurrtthheerr ddeeccrreeaassee ooff tthhee ppaarrttiiccllee ssiizzee.. FFoorr aa ccoommppoossiittee mmaaddee ooff aa mmaaggnneettiiccaallllyy hhaarrdd pphhaassee aanndd ssoofftt pphhaassee,. wwhheenn tthhee ggrraaiinn ssiizzee ooff tthhee ssoofftt pphhaassee iiss ssuuffffiicciieennttllyy llaarrggee,. tthhee ssoofftt aanndd hhaarrdd pphhaasseess rreevveerrssee iinnddeeppeennddeennttllyy.. HHoowweevveerr,. wwhheenn tthhee ggrraaiinn ssiizzee ooff tthhee ssoofftt pphhaassee iiss rreedduucceedd ttoo aassiizzee ooff aabboouutt ttwwiiccee tthhee ddoommaaiinn wwaallll tthhiicckknneessss ooff tthhee hhaarrdd VVII PPrreeffaaccee pphhaassee,, tthhee ssoofftt aanndd hhaarrdd pphhaasseess wwiillll bbee eexxcchhaannggee--ccoouupplleedd aanndd bbeehhaavvee aass iiff aa ssiinnggllee mmaaggnneettiicc pphhaassee iiss pprreesseenntt.. SSuucchh bbeehhaavviioorr ccaann bbee uusseedd ttoo iinnccrreeaassee tthhee eenneerrggyy pprroodduucctt ooff hhiigghh--ppeerrffoorrmmaannccee ppeerrmmaanneenntt mmaaggnneettss.. SSiizzee eeffffeeccttss bbeeccoommee ccrriittiiccaall wwhheenn ddiimmeennssiioonnss aapppprrooaacchh aa ffeeww nnaannoommeetteerrss,, wwhheerree qquuaannttuumm pphheennoommeennaa aappppeeaarr.. TThhee ffiirrsstt vvoolluummee ooff tthhee bbooookk hhaass tthheerreeffoorree bbeeeenn ddeevvootteedd ttoo tthhee rreecceenntt ddeevveellooppmmeenntt ooff nnaannoossttrruuccttuurreedd mmaaggnneettiicc mmaatteerriiaallss,, eemmpphhaassiizziinngg ssiizzee eeffffeeccttss.. OOuurr uunnddeerrssttaannddiinngg ooff mmaaggnneettiissmm hhaass aaddvvaanncceedd wwiitthh tthhee eessttaabblliisshhmmeenntt ooff tthhee tthheeoorryy ooff aattoommiicc mmaaggnneettiicc mmoommeennttss aanndd iittiinneerraanntt mmaaggnneettiissmm.. IInn ggeenneerraall,, tthhee mmaaggnneettiissmm ooff aa bbuullkk mmaatteerriiaall ccaann bbee ccoonnssiiddeerreedd aass tthhee ssuuppeerrppoossiittiioonn ooff aattoommiicc mmaaggnneettiicc mmoommeennttss pplluuss iittiinneerraanntt mmaaggnneettiissmm dduuee ttoo ccoonndduuccttiioonn eelleeccttrroonnss.. IInn pprraaccttiiccaall aapppplliiccaattiioonnss tthhee ssiittuuaattiioonn bbeeccoommeess mmuucchh mmoorree ccoommpplliiccaatteedd.. TThhee bboouunnddaarryy ccoonnddiittiioonnss hhaavvee ttoo bbee ttaakkeenn iinnttoo aaccccoouunntt.. TThhiiss iinncclluuddeess tthhee ssiizzee ooff tthhee ccrryyssttaallss,, sseeccoonndd--pphhaassee eeffffeeccttss aanndd iinnttrriinnssiicc pprrooppeerrttiieess ooff eeaacchh pphhaassee.. TThhee eeffffeeccttss ooff mmaaggnneettiicc rreellaaxxaattiioonn oovveerr lloonngg ppeerriiooddss ooff ttiimmee ccaann bbee ccrriittiiccaall ttoo uunnddeerrssttaannddiinngg.. SSiimmuullaattiioonn iiss aa ppoowweerrffuull ttooooll ffoorr eexxpplloorraattiioonn aanndd eexxppllaannaattiioonn ooff pprrooppeerrttiieess ooff vvaarriioouuss mmaaggnneettiicc mmaatteerriiaallss.. SSiimmuullaattiioonn aallssoo pprroovviiddeess iinnssiigghhtt ffoorr ffuurrtthheerr ddeevveellooppmmeenntt ooff nneeww mmaatteerriiaallss.. NNaattuurraallllyy,, bbeeffoorree aannyy ssiimmuullaattiioonn ccaann bbee ssttaarrtteedd,, aa mmooddeell mmuussttbbee ccoonnssttrruucctteedd.. TThhiiss rreeqquuiirreess tthhaatt tthhee mmaatteerriiaall bbee wweellll cchhaarraacctteerriizzeedd.. TThheerreeffoorree tthhee sseeccoonndd vvoolluummee ooff tthhee bbooookk pprroovviiddeess aa ccoommpprreehheennssiivvee rreevviieeww ooff bbootthh eexxppeerriimmeennttaall mmeetthhooddss aanndd ssiimmuullaattiioonn tteecchhnniiqquueessffoorr tthheecchhaarraacctteerriizzaattiioonnooffmmaaggnneettiiccmmaatteerriiaallss.. AAfftteerr aann iinnttrroodduuccttiioonn,, eeaacchh sseeccttiioonn ggiivveess aa ddeettaaiilleedd ddeessccrriippttiioonn ooff tthhee mmeetthhoodd aanndd tthhee ffoolllloowwiinngg sseeccttiioonnss pprroovviiddee eexxaammpplleess aanndd rreessuullttss ooff tthhee mmeetthhoodd.. FFiinnaallllyyffuurrtthheerr ddeevveellooppmmeenntt ooff tthhee mmeetthhoodd wwiillll bbee ddiissccuusssseedd.. TThhee ssuucccceessss ooff eeaacchh ttyyppee ooff mmaaggnneettiicc mmaatteerriiaall ddeeppeennddss oonn iittss pprrooppeerrttiieess aanndd ccoosstt wwhhiicchh aarree ddiirreeccttllyy rreellaatteedd ttoo iittss ffaabbrriiccaattiioonn pprroocceessss.. PPrroocceessssiinngg ooff aa mmaatteerriiaall ccaann bbee ccrriittiiccaall ffoorr ddeevveellooppmmeenntt ooff aarrttiiffiicciiaall mmaatteerriiaallss ssuucchh aass mmuullttiillaayyeerr ffiillmmss,, cclluusstteerrss,, eettcc.. MMoorreeoovveerr,, ccoosstt--eeffffeeccttiivvee pprroocceessssiinngg uussuuaallllyy ddeetteerrmmiinneess wwhheetthheerr aa mmaatteerriiaall ccaann bbee ccoommmmeerrcciiaalliizzeedd.. IInn rreecceenntt yyeeaarrss pprroocceessssiinngg ooff mmaatteerriiaallss hhaass ccoonnttiinnuuoouussllyy eevvoollvveedd ffrroomm iimmpprroovveemmeenntt ooff ttrraaddiittiioonnaall mmeetthhooddss ttoo mmoorree ssoopphhiissttiiccaatteedd aanndd nnoovveell mmeetthhooddss.. TThhee oobbjjeeccttiivvee ooff tthhee tthhiirrdd vvoolluummee ooff tthhee bbooookk iiss ttoo pprroovviiddee aa ccoommpprreehheennssiivvee rreevviieeww ooff rreecceenntt ddeevveellooppmmeennttss iinn pprroocceessssiinngg ooffaaddvvaanncceedd mmaaggnneettiicc mmaatteerriiaallss.. EEaacchh cchhaapptteerr wwiillll hhaavvee aann iinnttrroodduuccttiioonn aanndd aa sseeccttiioonn ttoo pprroovviiddee aa ddeettaaiilleedd ddeessccrriippttiioonn ooff tthhee pprroocceessssiinngg mmeetthhoodd.. TThhee ffoolllloowwiinngg sseeccttiioonnss ggiivvee ddeettaaiilleedd ddeessccrriippttiioonnss ooff tthhee pprroocceessssiinngg,, pprrooppeerrttiieess aanndd aapppplliiccaattiioonnss ooff tthhee rreelleevvaanntt mmaatteerriiaallss.. FFiinnaallllyy tthhee ppootteennttiiaall aanndd lliimmiittaattiioonn ooff tthhee pprroocceessssiinngg mmeetthhoodd wwiillll bbee ddiissccuusssseedd.. TThhee pprrooppeerrttiieess ooff aa mmaaggnneettiicc mmaatteerriiaall ccaann bbee cchhaarraacctteerriizzeedd bbyy iinnttrriinnssiicc PPrreeffaaccee VVBB pprrooppeerrttiieess ssuucchh aass aanniissoottrrooppyy,, ssaattuurraattiioonn mmaaggnneettiizzaattiioonn aanndd eexxttrriinnssiicc pprrooppeerrttiieess ssuucchh aass ccooeerrcciivviittyy.. TThhee pprrooppeerrttiieess ooff aa mmaaggnneettiicc mmaatteerriiaall ccaann bbee aaffffeecctteedd bbyy iittss cchheemmiiccaall ccoommppoossiittiioonn aanndd pprroocceessssiinngg rroouuttee.. WWiitthh tthhee ccoonnttiinnuuoouuss sseeaarrcchh ffoorr nneeww mmaatteerriiaallss aanndd iinnvveennttiioonn ooff nneeww pprroocceessssiinngg rroouutteess,, mmaaggnneettiicc pprrooppeerrttiieess ooff mmaatteerriiaallss ccoovveerr aa wwiiddee ssppeeccttrruumm ooffssoofftt mmaaggnneettiiccmmaatteerriiaallss,, hhaarrdd mmaaggnneettiicc mmaatteerriiaallss,, rreeccoorrddiinngg mmaatteerriiaallss,, sseennssoorr mmaatteerriiaallss aanndd ootthheerrss.. TThhee oobbjjeeccttiivvee ooff tthhee ffoouurrtthh vvoolluummee ooff tthhiiss bbooookk iiss ttoo pprroovviiddee aa ccoommpprreehheennssiivvee rreevviieeww ooff rreecceenntt ddeevveellooppmmeenntt ooff vvaarriioouuss mmaaggnneettiicc mmaatteerriiaallss aanndd tthheeiirr aapppplliiccaattiioonnss.. EEaacchh cchhaapptteerr wwiillll hhaavvee aann iinnttrroodduuccttiioonn ooff tthhee mmaatteerriiaallss aanndd tthhee pprriinncciippaallss ooff tthheeiirr aapppplliiccaattiioonnss.. TThhee ffoolllloowwiinngg sseeccttiioonnss ggiivvee aa ddeettaaiilleedd ddeessccrriippttiioonn ooff tthhee pprroocceessssiinngg,, pprrooppeerrttiieess aanndd aapppplliiccaattiioonnss.. FFiinnaallllyy tthhee ppootteennttiiaall aanndd lliimmiittaattiioonn ooff tthhee mmaatteerriiaallss wwiillll bbee ddiissccuusssseedd.. NNAASSAA iiss ccoonnssiiddeerriinngg tthhee llaauunncchhiinngg ooff ssppaacceeccrraafftt bbyy mmaagglleevv.. TThhee ffiirrsstt ssttaaggee rroocckkeett,, wwhhiicchh aaccccoouunnttss ffoorr ttwwoo--tthhiirrddss ooff tthhee ccoosstt aanndd iiss lloosstt eevveerryy llaauunncchh,, wwoouulldd bbee rreeppllaacceedd bbyy aa mmaagglleevv ttrraacckk.. UUssiinngg aa 5500 fftt ttrraacckk NNAASSAA sscciieennttiissttss hhaavvee aacccceelleerraatteedd aa mmooddeell ssppaacceeccrraafftt ttoo 9966kkpphh iinn lleessss tthhaann hhaallff aa sseeccoonndd.. IInn tthhee llaassttffeeww ddeeccaaddeess tthhee kknnoowwlleeddggee ooff mmaannkkiinndd hhaass bbeeeenn eexxppaannddiinngg rraappiiddllyy iinnttoo ddeeeepp ssppaaccee mmeeaassuurreedd bbyy lliigghhtt yyeeaarrss aanndd tthhee nnaannoo wwoorrlldd wwhheerree bbuuiillddiinngg bblloocckkss ooff aattoommss aarree bbeeiinngg eennggiinneeeerreedd.. MMaaggnneettiissmm aanndd mmaaggnneettiicc mmaatteerriiaallss aarree aammoonngg tthhee mmoosstt iinnttrriigguuiinngg aanndd ffaasscciinnaattiinngg sscciieennccee aanndd eennggiinneeeerriinngg ffiieellddss.. UUnnddoouubbtteeddllyy aaddvvaanncceess iinn mmaaggnneettiicc mmaatteerriiaallss rreesseeaarrcchh wwiillll ccoonnttiinnuuee ttoo ffuueell oouurr uunnddeerrssttaannddiinngg ooff tthhee uunniivveerrssee iinn tthhee nneeww cceennttuurryy.. WWee hhooppee tthhiiss bbooookk wwiillll pprroovviiddee aa uusseeffuull rreeffeerreenncceeffoorr rreesseeaarrcchheerrss wwoorrkkiinngg aatt tthhee ffrroonnttiieerr ooff mmaaggnneettiicc mmaatteerriiaallss rreesseeaarrcchh.. WWee wwoouulldd lliikkee ttoo eexxpprreessss oouurr ssiinncceerree tthhaannkkss ttoo aallll oouurr ddeevvootteedd aauutthhoorrss,, tteecchhnniiccaall eeddiittoorrss,, aanndd ppuubblliisshheerrss ffoorr mmaakkiinngg tthhiiss bbooookk ppoossssiibbllee.. TThhee eeddiittoorrss CCoonntteennttss PPrreeffaaccee VV LLiisstt ooff CCoonnttrriibbuuttoorrss XXVVII 11 IInnttrriinnssiicc aanndd EExxttrriinnssiicc PPrrooppeerrttiieess ooffAAddvvaanncceedd MMaaggnneettiicc MMaatteerriiaallss ... ............. 11 11..11 IInnttrroodduuccttiioonn ......... " '" 11 11..22 IInnttrriinnssiicc PPrrooppeerrttiieess , 33 11..22.. 11 MMaaggnneettiicc MMoommeenntt 33 11..22..22 EExxcchhaannggee''"" .................. 44 11..22..33 MMaaggnneettiizzaattiioonn aanndd MMaaggnneettiicc OOrrddeerr 66 11..22..44 IIttiinneerraanntt MMaaggnneettiissmm·..····..··..···..·..· ···..··..·..·· 88 11..22..55 MMaaggnneettiicc AAnniissoottrrooppyy 1100 11..33 EExxttrriinnssiicc PPrrooppeerrttiieess ............ 1144 11..33.. 11 CCoohheerreenntt RRoottaattiioonn 1166 11..33..22 DDoommaaiinnss aanndd DDoommaaiinn WWaallllss 1188 11..33..33 CCooeerrcciivviittyy 2211 11..44 MMaaggnneettiicc MMaatteerriiaallss 2255 11..44.. 11 PPeerrmmaanneenntt MMaaggnneettss 2255 11..44..22 SSoofftt MMaaggnneettss 2277 11..44..33 RReeccoorrddiinngg MMeeddiiaa 2288 11..44..44 OOtthheerr MMaaggnneettiicc MMaatteerriiaallss 2299 11..44..55 TTaabblleess 2299 11..55 MMaaggnneettiicc NNaannoossttrruuccttuurreess 3311 11..55.. 11 PPhhyyssiiccaall CCllaassssiiffiiccaattiioonn ooff MMaaggnneettiicc NNaannoossttrruuccttuurreess 3322 11..55..22 IInnttrriinnssiicc PPrrooppeerrttiieess aanndd FFiinniittee--SSiizzee EEffffeeccttss 3344 11..55..33 NNaarrrrooww--WWaallll aanndd CCoonnssttrriicctteedd--WWaallll PPhheennoommeennaa 3366 11..55..44 NNaannoommaaggnneettiicc LLooccaalliizzaattiioonn 3377 11..55..55 CCooooppeerraattiivvee EEffffeeccttss ......... 4400 11..55..66 RRaannddoomm AAnniissoottrrooppyy aanndd RReemmaanneennccee EEnnhhaanncceemmeenntt 4422 11..55..77 MMaaggnneettiizzaattiioonn DDyynnaammiiccss iinn NNaannoossttrruuccttuurreess 4433 11..55..88 EEnneerrggyy--BBaarrrriieerr LLaawwss 4477 11..66 CCoonncclluussiioonnss ....··.....·.....·.....·.....·.....·..·..·..·..·..·..·· ·· ·..·..·· ·..·..· 4499 AAppppeennddiixx 11..11 MMaaggnneettiicc UUnniittss 5500 RReeffeerreenncceess 5500 22 MMaaggnneettiissmm iinn UUllttrraatthhiinn FFiillmmss aanndd BBeeyyoonndd · · 5588 22.. 11 IInnttrroodduuccttiioonn ....·· 5588 22..22 FFaabbrriiccaattiioonn ... 5599 XX CCoonntteennttss 22..22.. 11 UUllttrraatthhiinn FFiilImmss 5599 22..22..22 WWiirreess 6611 22..22..33 DDoottss 6622 22..33 MMaaggnneettiicc PPrrooppeerrttiieess iinn LLooww DDiimmeennssiioonnaall SSyysstteemmss 6644 22..33.. 11 MMeettaassttaabbllee SSttrruuccttuurreess .................. 6644 22..33..22 DDiimmeennssiioonnaalliittyy aanndd PPhhaassee TTrraannssiittiioonn 6666 22..33..33 SSuurrffaaccee//IInntteerrffaaccee EElleeccttrroonniicc SSttrruuccttuurree 6677 22..33..44 QQuuaannttuumm SSiizzee EEffffeeccttss 6699 22..33..55 DDoommaaiinnss aanndd DDoommaaiinn WWaallllss 7711 22..44 CCoonncclluussiioonnss''"" 7744 RReeffeerreenncceess 7744 33 CCllaassssiiccaall aanndd QQuuaannttuumm MMaaggnneettiizzaattiioonn RReevveerrssaall SSttuuddiieedd iinn NNaannoommeetteerr--SSiizzeedd PPaarrttiicclleess aanndd CClluusstteerrss 7777 33.. 11 IInnttrroodduucctitoinon'.".·.....··..........··..........··.....·......·.. ·..·· ·..·..·..·..·· ·· ·..· 7777 33..22 SSiinnggllee--PPaarrttiiccllee MMeeaassuurreemmeenntt TTeecchhnniiqquueess 7799 33..22.. 11 OOvveerrvviieeww ooff SSiinnggllee--PPaarrttiiccllee MMeeaassuurreemmeenntt TTeecchhnniiqquueess 7799 33..22..22 MMiiccrroo--SSQQUUIIDD MMaaggnneettoommeettrryy 8811 33..33 MMeecchhaanniissmmss ooff MMaaggnneettiizzaattiioonn RReevveerrssaall aatt ZZeerroo KKeellvviinn 8822 33..33.. 11 MMaaggnneettiizzaattiioonn RReevveerrssaall bbyy UUnniiffoorrmm RRoottaattiioonn ((SSttoonneerr--WWoohhllffaarrtthh MMooddeell)) 8822 33..33..22 NNoonnuunniiffoorrmm MMaaggnneettiizzaattiioonn RReevveerrssaall...... 9977 33..44 IInnfflluueennccee ooff TTeemmppeerraattuurree oonn tthhee MMaaggnneettiizzaattiioonn RReevveerrssaall 110022 33..44.. 11 NNeeeell--BBrroowwnn MMooddeell ooff TThheerrmmaallllyy AAccttiivvaatteedd MMaaggnneettiizzaattiioonn RReevveerrssaall .................................................................................................................. 110022 33..44..22 EExxppeerriimmeennttaall MMeetthhooddss ffoorr tthhee SSttuuddyy ooff tthhee NNeeeell--BBrroowwnn MMooddeell 110033 33..44..33 EExxppeerriimmeennttaall EEvviiddeennccee ffoorr tthhee NNeeeell--BBrroowwnn MMooddeell 110066 33..55 MMaaggnneettiizzaattiioonn RReevveerrssaall bbyy QQuuaannttuumm TTuunnnneelliinngg 111122 33..55..11 QQuuaannttuumm TTuunnnneelliinngg ooff MMaaggnneettiizzaattiioonn iinn MMoolleeccuullaarr CClluusstteerrss .........'."............................................... 111133 33..55..22 QQuuaannttuumm TTuunnnneelliinngg ooff MMaaggnneettiizzaattiioonn iinn IInnddiivviidduuaall SSiinnggllee-- DDoommaaiinn NNaannooppaarrttiicclleess 111166 33..55..33 MMaaggnneettiizzaattiioonn MMeeaassuurreemmeennttss ooff IInnddiivviidduuaall SSiinnggllee--DDoommaaiinn NNaannooppaarrttiicclleess aanndd WWiirreess aatt VVeerryy LLooww TTeemmppeerraattuurreess 111188 33..55..44 QQuuaannttiizzaattiioonn ooff tthhee MMaaggnneettiizzaattiioonn 112200 33..66 SSuummmmaarriieess aanndd CCoonncclluussiioonnss 112222 RReeffeerreenncceess ........................... 112233 44 MMiiccrroommaaggnneettiicc SSiimmuullaattiioonn ooff DDyynnaammiicc aanndd TThheerrmmaall EEffffeeccttss 112288 44.. 11 IInnttrroodduuccttiioonn .................................... 112288 44..22 MMiiccrroommaaggnneettiicc BBaacckkggrroouunndd 112299 CCoonntteennttss XXIl 44..22.. 11 EEqquuaattiioonn ooff MMoottiioonn '" 112299 44..22..22 GGiibbbbss FFrreeee EEnneerrggyy 113300 44..22..33 LLaannggeevviinn EEqquuaattiioonn 113311 44..22..44 CChhaarraacctteerriissttiicc LLeennggtthh SSccaalleess 113322 44..33 NNuummeerriiccaallTTeecchhnniiqquueess .................. 113333 44..33.. 11 FFiinniittee EElleemmeenntt DDiissccrreettiizzaattiioonn 113333 44..33..22 MMaaggnneettoossttaattiicc FFiieelldd CCaallccuullaattiioonn 113344 44..33..33 TTiimmee IInntteeggrraattiioonn 113355 44..44 NNuummeerriiccaall EExxaammpplleess 113377 44..44.. 11 SSmmaallll PPaarrttiicclleess 113377 44..44..22 TThhiinn FFiillmm EElleemmeennttss 114400 44..44..33 CCiirrccuullaarr NNaannooddoottss 114400 44..44..44 MMaaggnneettiicc NNaannoowwiirreess 114422 RReeffeerreenncceess 114455 55 MMaaggnneettiicc RReellaaxxaattiioonn aanndd QQuuaannttuumm TTuunnnneelliinngg ooff MMaaggnneettiizzaattiioonn 114477 55..11 IInnttrroodduuccttiioonn 114477 55..22 MMaaggnneettiicc RReellaaxxaattiioonn aanndd RReellaatteedd PPhheennoommeennaa iinn MMoonnoossiizzeedd,, NNoonn--IInntteerraaccttiinngg PPaarrttiiccllee SSyysstteemmss····..··....····..· · ·..··· ·····..··· 114488 55..22..11 IInnttrroodduucctiotinon···............ 114488 55..22..22 BBlloocckkiinngg TTeemmppeerraattuurree'" 114499 55..22..33 aa..cc.. MMaaggnneettiicc SSuusscceeppttiibbiilliittyy MMeeaassuurreemmeenntt 115500 55..22..44 ZZeerroo--FFiieelldd--CCoooolleedd aanndd FFiieelldd CCoooolleedd MMaaggnneettiizzaattiioonn CCuurrvveess 115555 55..22..55 MMaaggnneettiicc HHyysstteerreessiiss LLooooppss 115588 55..22..66 NNuummeerriiccaall SSiimmuullaattiioonn RReessuullttss 115599 55..33 MMaaggnneettiicc RReellaaxxaattiioonn iinn PPaarrttiiccllee SSyysstteemmss wwiitthh SSiizzee DDiissttrriibbuuttiioonn 116666 55..33.. 11 IInnttrroodduuccttiioonn·'"··................................................ 116666 55..33..22 LLooggaarriitthhmmiicc MMaaggnneettiicc RReellaaxxaattiioonn 116677 55..44 OQuuaannttuumm TTuunnnneelliinngg ooff MMaaggnneettiizzaattiioonn 117711 55..44.. 11 IInnttrroodduuccttiioonn·'"··........................ 117711 55..44..22 PPhhyyssiiccss RReellaatteedd ttoo OQTTMM 117722 55..44..33 OObbsseerrvvaattiioonn ooff OQTTMM iinn SSyysstteemmss ooff NNaannoossttrruuccttuurreedd MMaatteerriiaallss 117755 55..55 CCoonncclluussiioonnss aanndd FFuuttuurree PPeerrssppeeccttiivveess 117777 RReeffeerreenncceess .............................................................................. 117777 66 NNaannoossttrruuccttuurreedd EExxcchhaannggee--CCoouupplleedd MMaaggnneettss 118822 66.. 11 IInnttrroodduuccttiioonn ............................................................ 118822 66..22 TThheeoorryy ooff EExxcchhaannggee--CCoouupplleedd MMaaggnneettss 118844 66..22.. 11 EEnneerrggyy PPrroodduucctt .................. 118844 66..22..22 FFuunnddaammeennttaall EEqquuaattiioonnss 118866 66..22..33 NNuucclleeaattiioonn FFiieelldd 118888 66..22..44 EEnneerrggyy PPrroodduucctt 118899