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交换耦合对条纹畴薄膜高频磁性的调控

交换耦合对条纹畴薄膜高频磁性的调控

作者：马惠鸽兰州大学

学位级别：硕士

高频磁性材料作为高频磁性器件的最核心组成部分,其高频磁性极大影响了高频磁性器件的性能。对于磁性薄膜材料,其高频磁性与材料的饱和磁化强度、磁各向异性和交换耦合作用等密切相关。本文以具有条纹畴结构的CoZr软磁合金薄膜为研究对... 详细信息

高频磁性材料作为高频磁性器件的最核心组成部分,其高频磁性极大影响了高频磁性器件的性能。对于磁性薄膜材料,其高频磁性与材料的饱和磁化强度、磁各向异性和交换耦合作用等密切相关。本文以具有条纹畴结构的CoZr软磁合金薄膜为研究对象,通过改变薄膜的厚度、环境温度以及非磁性元素的掺杂浓度等方法,实现条纹畴薄膜交换耦合作用的改变,从而实现对条纹畴薄膜高频磁性的调控。得到的主要创新性结果如下:1.通过对不同厚度的条纹畴结构CoZr软磁薄膜进行研究,发现厚度的增加可以使薄膜的条纹畴宽度变宽从而使畴间交换耦合作用减弱,进而实现对条纹畴薄膜的高频磁性调控。具体结果为:薄膜厚度从150 nm增加到300 nm,薄膜高频段的共振频率从5.11 GHz下降到3.52 GHz,拟合出其交换耦合等效场从272Oe减小到60 Oe。2.通过改变条纹畴结构CoZr薄膜环境温度,发现随着温度的升高可以使薄膜内的交换耦合作用的减弱,进而实现对条纹畴薄膜的高频磁性调控。具体结果为:温度从室温升高到200℃,薄膜高频段共振频率从4.49 GHz下降到4.33 GHz,其交换耦合场从175 Oe减小到152 Oe。3.通过改变非磁性元素Zr掺杂浓度,发现Zr掺杂浓度的升高也会影响条纹畴的交换耦合作用,进而实现对条纹畴薄膜的高频磁性调控。具体结果为:薄膜中Zr掺杂浓度从14.2%升高到27.4%,薄膜高频段共振频率从4.44 GHz升高到5.29 GHz后再下降到2.68 GHz,其交换耦合场从170 Oe增加到250 Oe后又减小到80 Oe左右。通过以上研究我们发现对于具有条纹畴结构的软磁薄膜,可以采用改变薄膜内部交换耦合的方法对薄膜高频磁性进行调控,而且操作方法便捷高效,这为许多磁性器件高频性能的改善提供了一个新思路。

关键词：交换耦合条纹畴非一致进动模式高频磁性

NiO和(Pt/Co)多层膜的交换耦合作用及对其矫顽力的影响

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稀有金属 2015年第1期39卷 23-28页

作者：刘帅俱海浪刘洋李宝河于广华北京科技大学材料科学与工程学院北京100083 北京工商大学理学院北京100048

研究了用磁控溅射法制备的(Pt/Co)多层膜和绝缘体反铁磁材料NiO之间的磁学和晶体学相互作用。室温下,当NiO覆盖在(Pt/Co)多层膜上面且NiO厚度大于25 nm时观察到了交换偏置,偏置场随NiO厚度的增加而增大。但总体上偏置场(HE)很小,对应Ni... 详细信息

研究了用磁控溅射法制备的(Pt/Co)多层膜和绝缘体反铁磁材料NiO之间的磁学和晶体学相互作用。室温下,当NiO覆盖在(Pt/Co)多层膜上面且NiO厚度大于25 nm时观察到了交换偏置,偏置场随NiO厚度的增加而增大。但总体上偏置场(HE)很小,对应NiO厚度为120nm时偏置场不到4000 A·m-1。NiO在(Pt/Co)多层膜下面时没有观察到交换偏置,但是对多层膜的矫顽力和垂直磁各向异性产生了很大影响。(Pt/Co)多层膜的矫顽力随NiO厚度的增加呈现非单调衰减趋势,当NiO厚度为1和3 nm时,矫顽力分别出现极小值和极大值,厚度超过3 nm的NiO使矫顽力单调下降,直至减小到接近零。(Pt/Co)多层膜的垂直磁各向异性随底层NiO厚度的增加逐渐变弱,最后垂直方向变为难轴。矫顽力和垂直磁各向异性的这种变化是由超薄NiO和(Pt/Co)多层膜之间可能存在的邻近效应,弱晶化NiO对(Pt/Co)多层膜(111)织构的影响以及NiO与(Pt/Co)多层膜之间的交换耦合共同作用造成的。

关键词：交换耦合交换偏置 (Pt/Co)多层膜 NiO

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纳米复相永磁材料交换耦合作用的评述

稀有金属材料与工程 2022年第11期51卷 4323-4332页

作者：弭弘尧张颖隆李冰蕾冯运莉华北理工大学河北唐山063210 浙江工业职业技术学院浙江绍兴312000

对比纳米复相永磁材料一维到三维的不同交换耦合作用模型,交换耦合作用会抑制软磁相的磁化反转,不同交换耦合作用模型对矫顽力影响不同。Henkel曲线δM峰值越高表明晶粒间交换耦合作用越强,一阶翻转曲线(first order reversal curve,FO... 详细信息

对比纳米复相永磁材料一维到三维的不同交换耦合作用模型,交换耦合作用会抑制软磁相的磁化反转,不同交换耦合作用模型对矫顽力影响不同。Henkel曲线δM峰值越高表明晶粒间交换耦合作用越强,一阶翻转曲线(first order reversal curve,FORC)相互作用峰值增高对应交换耦合作用增强。纳米复相永磁材料有效各向异性K_(eff)随晶粒尺寸减小而下降,当晶粒尺寸一定时,软磁相体积分数越高K_(eff)越低。为了得到最大磁能积高并且K_(eff)不低的纳米复相永磁材料,软磁相晶粒尺寸应在10 nm左右,软磁相体积分数不能超过50%。

关键词：交换耦合纳米复相永磁 Henkel曲线一阶翻转曲线有效各向异性

C掺杂对L1_0-FePt/Fe交换耦合复合薄膜磁性的影响

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真空科学与技术学报 2018年第9期38卷 797-800页

作者：马建春吕梁学院化学与化工系吕梁033000

采用磁控溅射的方法制备了L1_0-FePt/[Fe/C]_n薄膜,并与L1_0-FePt/Fe双层膜磁性能进行了对比。结果表明,当[Fe/C]_n周期数固定时,薄膜的矫顽力随C层厚度的增大呈先减小后增大的趋势,C层厚度为1 nm时,矫顽力最低。另外,通过一系列硬磁层... 详细信息

采用磁控溅射的方法制备了L1_0-FePt/[Fe/C]_n薄膜,并与L1_0-FePt/Fe双层膜磁性能进行了对比。结果表明,当[Fe/C]_n周期数固定时,薄膜的矫顽力随C层厚度的增大呈先减小后增大的趋势,C层厚度为1 nm时,矫顽力最低。另外,通过一系列硬磁层掺C的[L1_0-FePt/C]_(10)/Fe5 nm多层膜中发现,掺入适当的C后,不但降低薄膜的矫顽力,而且可以改善晶粒间的相互作用,提高信噪比。

关键词： L1 0-FePt/Fe 交换耦合磁性能矫顽力

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交换耦合两相纳米复合永磁薄膜的理论研究

交换耦合两相纳米复合永磁薄膜的理论研究

作者：邓娅四川师范大学

学位级别：硕士

交换耦合两相纳米复合磁体结合了软磁相的高剩磁和硬磁相的高矫顽力的优点而成为制备高性能永磁材料的热门话题。本论文运用微磁学方法,研究了交换耦合两相纳米复合磁体的成核场、钉扎场、矫顽力机制和磁滞回线,主要研究结果如下: 1.系... 详细信息

交换耦合两相纳米复合磁体结合了软磁相的高剩磁和硬磁相的高矫顽力的优点而成为制备高性能永磁材料的热门话题。本论文运用微磁学方法,研究了交换耦合两相纳米复合磁体的成核场、钉扎场、矫顽力机制和磁滞回线,主要研究结果如下: 1.系统地研究了交换耦合硬磁/软磁/硬磁性三层膜的退磁过程,其中特别地关注了硬磁相厚度较小时的情况。得到了成核场的解析公式,并数值计算出磁性三层膜的磁滞回线以及成核与钉扎之间的角度分布。分析发现,成核场、钉扎场以及它们之间的外场跨度都随着硬磁相厚度的增加而增加。当薄膜厚度很小时,磁滞回线的形状接近方形且主导矫顽力机制为成核,只有在这种情况下,硬磁相厚度才会对磁滞回线造成非常大的影响。讨论了理论与实验中都能实现最大磁能积的薄膜厚度区域。在大多数实验条件下,硬磁相厚度可以当作足够大的,以致于硬磁相表面磁化矢量的偏转遵循简单的一致转动模型。此时只需考虑软磁相厚度的影响,从而使计算得到很大程度的简化。 2.以界面交换耦合常数和软磁相厚度为主要参变量,研究了易轴与膜面平行情况下的Nd2Fe14B/α-Fe磁性多层膜的磁矩取向随外场变化及磁滞回线。当软磁相厚度较小时,钉扎场等于成核场,随着界面交换耦合常数的减小,矫顽力机制由成核变为钉扎;当软磁相厚度较大时,矫顽力机制随界面交换耦合常数的改变情况恰好相反。钉扎场与成核场发生分离的临界厚度随着界面交换耦合常数的减小而减小。当界面交换耦合常数很小时,刚性磁体只有在软磁相厚度非常小时才会出现。退耦合作用导致软硬磁相交界面出现角度突变,使得复合多层膜由单相行为向两相行为转变,同时使得成核场减小,并且当软磁相厚度较大时导致钉扎场增加。 3.以NdFeB/α-Fe、FePt/α-Fe和SmCo/Co磁性三层膜为例,全面探究了界面交换耦合强度、软磁相和硬磁相厚度对成核场的影响。分析发现,当软磁相厚度约为软磁相布洛赫壁宽度的十分之一且硬磁相厚度大于硬磁相的布洛赫壁宽度时,界面交换耦合常数对成核场的影响会非常显著。计算了不同界面交换耦合常数下NdFeB/α-Fe磁性三层膜的磁滞回线。分析发现,随着软磁相厚度的增加,矫顽力逐渐减小且矫顽力机制从钉扎变为成核。当界面交换耦合常数为Jibulk (软、硬磁相对应的交换耦合常数中间值)的十分之一时, SmFe(63 nm)/NiFe(78 nm)双层膜的理论磁滞回线与实验数据复合得很好,由此说明,在实验中软、硬磁相之间的耦合作用很弱。

关键词：纳米复合永磁材料矫顽力机制交换耦合

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纳米晶钐钴快淬带的磁交换耦合效应研究

粉末冶金工业 2019年第6期29卷 34-40页

作者：姜智钰陈红升刘志颖朱晓宇方以坤钢铁研究总院功能材料研究所

本文通过熔体快淬法制备了纳米晶钐钴快淬带,通过检测钐钴快淬带的回复曲线,揭示其交换耦合特性。研究了快淬速度和热处理制度对钐钴快淬带的交换耦合特性的影响,并采用磁力显微镜通过微磁结构的表征技术,进一步证实了交换耦合作用。研... 详细信息

本文通过熔体快淬法制备了纳米晶钐钴快淬带,通过检测钐钴快淬带的回复曲线,揭示其交换耦合特性。研究了快淬速度和热处理制度对钐钴快淬带的交换耦合特性的影响,并采用磁力显微镜通过微磁结构的表征技术,进一步证实了交换耦合作用。研究发现,对于制备态钐钴快淬带,随着快淬速度的提高,其平均晶粒尺寸的减小会使快淬带的交换耦合作用有一定幅度的提高,经过热处理,由于快淬带的相结构发生了转变,增强了晶粒间的磁交换耦合作用。制备态、经过10 min和60 min热处理的快淬带的不可逆反转场Hn分别为0.3 T,0.53 T,0.54 T,而且未经过热处理的SmCo快淬带的Hn要比热处理后的快淬带分布更宽,经过60 min和10 min热处理的SmCo快淬带的Hn分布基本一致。

关键词：纳米晶钐钴交换耦合快淬

纳米复合磁体的界面结构、交换耦合和反磁化的研究进展

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功能材料 2016年第2期47卷 2024-2030,2035页

作者：李柱柏张雪峰李永峰刘艳丽赵倩内蒙古科技大学白云鄂博矿多金属资源综合利用重点实验室内蒙古包头014010 内蒙古科技大学数理与生物工程学院内蒙古包头014010

纳米复合磁体的磁能积能得到大幅度提高,前提是晶粒之间存在良好的交换耦合作用,而交换耦合作用与软、硬磁相之间的界面密切相关。对Nd_2Fe_(14)B、Sm-Co、FePt基纳米复合磁体界面交换耦合和反磁化的研究展开论述。在不同的条件下,界面... 详细信息

纳米复合磁体的磁能积能得到大幅度提高,前提是晶粒之间存在良好的交换耦合作用,而交换耦合作用与软、硬磁相之间的界面密切相关。对Nd_2Fe_(14)B、Sm-Co、FePt基纳米复合磁体界面交换耦合和反磁化的研究展开论述。在不同的条件下,界面结构的匹配性、界面原子扩散、晶间的非晶相、界面非磁性层、界面晶格弛豫等可能有利于改善界面的结构、增强交换耦合作用,进而对反磁化过程产生影响。反磁化的不可逆过程主要发生在硬磁相内,但与软、硬磁相界面特性密切相关。不可逆反磁化在一定程度上决定了磁体的矫顽力,它可通过改善界面结构进行调控。本文旨在对纳米复合磁体界面的作用深入理解并期望能对磁体磁性能的优化提供参考。

关键词：纳米复合磁体界面结构交换耦合原子扩散反磁化

软硬磁层厚度对L1_0-FePt/Fe交换耦合双层膜磁性能的影响:模拟与实验

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真空科学与技术学报 2017年第8期37卷 826-829页

作者：张军马建春张璞贾胜利吕梁学院化学与化工系吕梁033000

首先采用磁控溅射的方法在玻璃基片上沉积不同硬/软磁层厚度的FePt/Fe交换耦合双层膜,结合实验结果,依据微磁学理论对L10-FePt/Fe交换耦合双层膜的磁性能进行研究。结果显示,当FePt硬磁层厚度固定20nm,随Fe软磁层厚度的增加双层膜矫顽... 详细信息

首先采用磁控溅射的方法在玻璃基片上沉积不同硬/软磁层厚度的FePt/Fe交换耦合双层膜,结合实验结果,依据微磁学理论对L10-FePt/Fe交换耦合双层膜的磁性能进行研究。结果显示,当FePt硬磁层厚度固定20nm,随Fe软磁层厚度的增加双层膜矫顽力逐渐减小。当Fe软磁层厚度超过其畴壁宽度时,其对矫顽力的影响大幅度降低。Fe软磁层厚度固定为10nm,FePt硬磁层厚度发生变化时,由于理论和实际双层膜界面的不同,导致对双层膜成核场起作用的临界硬磁层厚度也不一样。

关键词： L10-FePt/Fe双层膜交换耦合矫顽力临界厚度

交换耦合的纳米两相复合永磁材料的微磁学研究

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交换耦合的纳米两相复合永磁材料的微磁学研究

作者：周刚四川师范大学

学位级别：硕士

纳米两相复合永磁体是一种由硬磁相和软磁相在纳米尺度内交换耦合而成的新型永磁材料,由于它结合了硬磁相的高矫顽力和软磁相的高饱和磁化强度而具有优异的磁性能。关于纳米复合永磁体的理论和实验研究,尤其矫顽力的研究是当今的热门课... 详细信息

纳米两相复合永磁体是一种由硬磁相和软磁相在纳米尺度内交换耦合而成的新型永磁材料,由于它结合了硬磁相的高矫顽力和软磁相的高饱和磁化强度而具有优异的磁性能。关于纳米复合永磁体的理论和实验研究,尤其矫顽力的研究是当今的热门课题。在本论文中,我们从Brown提出的微磁学出发,详细研究了取向和非取向的纳米两相磁性多层膜的磁化反转机制,并将这些结果推广到纳米晶复合永磁材料,归纳出了交换耦合的复合永磁材料的主导矫顽力机制。取向的纳米两相磁性多层膜的磁化反转过程要经历三个过程:（Ι）反磁化畴壁的成核;（ΙΙ）反磁化畴壁的扩展;（ΙΙΙ）磁化矢量的完全翻转。随着软磁相厚度的增加,磁滞回线的形状逐渐地由矩形变为Z型形状,系统的矫顽力也变得越来越小,两相耦合逐渐由完全耦合发展为退耦合状态。同时,矫顽力的主导机制也从成核变为钉扎。非取向的纳米两相磁性多层膜的磁化反转机制依赖于软磁层易轴与外磁场的之间的夹角β。β=90°时的磁化反转跟β=0°（取向）时的磁化反转类似,只是它的成核场要比β=0°时的成核场小,而钉扎场刚好相反。当0°＜β＜90°时,磁体在有限外磁场下不会被饱和,因而在反磁化过程中,不需要经历反磁化畴壁的成核,磁化反转只需要经历（ΙΙ）、（ΙΙΙ）两个阶段。在考虑了纳米晶复合永磁材料软磁相磁晶各向异性的情况下,我们得到了纳米晶复合永磁材料的成核场的计算公式,并由此公式讨论了成核场随软磁相晶粒尺寸的变化情况及两相内禀磁参数对成核场的影响。考虑到矫顽力机制开始由成核变为钉扎的临界尺寸比较小,我们提出复合永磁材料的主导矫顽力机制应当是钉扎而不是成核,这种钉扎有别于传统的成核和钉扎,它具有传统的成核和钉扎的双重特性。在本论文中,我们称之为自钉扎。这种成核和钉扎的二元性有助于解决长期以来对复合永磁体矫顽力机制的争论。

关键词：交换耦合纳米复合永磁材料微磁学磁化反转