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非晶CoFeB薄膜和多晶Co薄膜中磁场诱导磁各向异性的微观机理研究

非晶CoFeB薄膜和多晶Co薄膜中磁场诱导磁各向异性的微观机理研究

引用

作者：袁璐上海大学

学位级别：硕士

磁各向异性作为磁性材料的一个重要参量,它不仅决定着磁性材料中磁矩的取向,还对磁性器件的工作频率有显著影响。据此,研究者们已设法揭开了有关铁磁材料磁各向异性起源的诸多奥秘。然而,对于钴铁类薄膜来说,无论是含双铁磁性原子的非晶... 详细信息

磁各向异性作为磁性材料的一个重要参量,它不仅决定着磁性材料中磁矩的取向,还对磁性器件的工作频率有显著影响。据此,研究者们已设法揭开了有关铁磁材料磁各向异性起源的诸多奥秘。然而,对于钴铁类薄膜来说,无论是含双铁磁性原子的非晶CoFeB薄膜,或是含单一铁磁性原子的多晶纯Co薄膜,磁场诱导磁各向异性的起源仍不清楚,也无法用该领域常见的“方向有序”模型来解释。为了解决上述问题,本文主要工作如下:1.磁控溅射法生长CoFeB薄膜,通过磁性表征观察到加磁场长膜样出现显著面内单轴磁各向异性的现象。接着,考虑CoFeB厚度的影响,加磁场生长不同厚度薄膜,通过磁性和形貌表征获得相应的磁滞回线、样品形貌和原位磁畴。然后,从磁矩和结构变化两大方面探索场诱导CoFeB薄膜磁各向异性的起源:在磁矩方面,通过做多组样品的铁磁共振实验,定量计算磁各向异性场,并进一步讨论与磁矩有关的g因子变化情况,证明加磁场诱导的磁各向异性与轨道磁矩的变化有关,材料趋于磁有序。而结构方面,通过使用透射电镜等进行表征,发现加磁场长膜样出现较显著的原子聚集成簇而趋于有序的现象。基于上述结论,我们提出“类方向有序”模型,对磁场诱导非晶CoFeB薄膜磁各向异性的起源作了合理解释。2.应用“类方向有序”模型解释磁场诱导多晶Co薄膜磁各向异性的微观机理。用磁控溅射法生长Co薄膜,通过磁性表征获得加磁场长膜样较为显著的面内磁各向异性的现象。接着,考虑磁晶各向异性的影响,沿不同方向加磁场生长Co薄膜,通过磁性表征,发现易轴向是长膜时外加磁场的方向。然后,结合磁性表征和结构表征,研究Ta层对磁场诱导Co薄膜磁各向异性的影响,发现其几乎不受Ta层影响。进一步地,通过结构表征,发现Co薄膜结晶程度较低,加磁场长膜样出现更为有序的原子排布,满足“类方向有序”特征。最后,我们通过对加磁场生长的Co薄膜进行热处理,破坏现有原子排布,Co薄膜恢复磁各向同性,这进一步验证模型的合理性。由此,“类方向有序”模型可以解释磁场诱导此多晶Co薄膜的磁各向异性起源。

关键词：面内磁各向异性铁磁共振二十面簇类方向有序

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