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界面层对铁磁材料间交换耦合影响的研究及高性能Nd-Ce-Fe-B永磁薄膜的制备及机理研究

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界面层对铁磁材料间交换耦合影响的研究及高性能Nd-Ce-Fe-B永磁薄...

作者：任瀚洋宁波大学

学位级别：硕士

本文基于超高真空(UHV)磁控溅射系统,进行了界面层对纳米复合永磁材料及铁磁材料间交换耦合强度影响的研究和高性能Nd-Ce-Fe-B永磁薄膜的制备及机理研究。主要使用了X射线衍射(XRD)、磁学测量系统的超导量子干涉仪(MPMS-SQUID)、扫描电... 详细信息

本文基于超高真空(UHV)磁控溅射系统,进行了界面层对纳米复合永磁材料及铁磁材料间交换耦合强度影响的研究和高性能Nd-Ce-Fe-B永磁薄膜的制备及机理研究。主要使用了X射线衍射(XRD)、磁学测量系统的超导量子干涉仪(MPMS-SQUID)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、扫描探针显微镜(SPM)来测试和分析样品的成分、相组成、形貌特征、晶粒尺寸、磁性能以及磁畴结构等,研究并探讨了不同种类界面层材料对交换耦合的影响,制备并分析了高Ce含量的Nd-Ce-Fe-B薄膜的高矫顽力原因。主要结果如下:(1)磁性材料的界面层(或中间层)会强烈影响磁性材料的磁性能和界面处的交换耦合。在一些特殊的情况下也会使交换耦合的性质发生改变。界面层在调控铁磁材料间交换耦合作用方面起着至关重要的作用,但目前仍未获得两者之间定量的变化关系。本文采用合理的实验设计方法来定量地表征界面层对交换耦合强度的影响。选择纳米复合硬-软磁多层膜结构Sm-Co(15nm)/界面层(0-4 nm)/Fe(20 nm)来研究界面处的交换耦合作用。软磁形核场相H由实验确定,本文中它被用作一种定量的表征交换耦合强度的方法,并为进一步分析交换耦合强度与非磁性层Cr、Ta和富稀土相界面层厚度的变化关系提供了条件。第一次定量的确定了在界面层厚度逐渐增加的过程中,两相间铁磁交换耦合的衰减行为。结果表明,在不同界面材料影响铁磁交换耦合的情况不同,本文通过确定的方法定量的研究了二者之间的关系。它有助于功能性磁性材料(如永磁体,磁记录介质等)的机理研究并为高性能磁性材料的设计提供了新的思路。(2)在Nd-Fe-B材料中使用部分Ce来替代Nd,是应对Nd-Fe-B工业生产中造成的Nd和Dy等资源稀缺危机并降低Nd-Fe-B磁体经济成本的有效方法。在本文中,采用超高真空(UHV)磁控溅射系统制备出了高性能的Nd-Ce-Fe-B薄膜,Ce元素的含量占整个材料总稀土含量的50 wt.%以上。在没有添加Dy的情况下,Ce替代了50 wt.%的Nd并且获得了13.3 kOe的矫顽力,11.4 kGs的剩磁和29.4 GMOe的最大磁能积,这比以往报道的具有相同Ce含量磁体的矫顽力(5-7.7 kOe)要高得多。通过分析相结构,微观结构和矫顽力机理,发现矫顽力机制主要由形核机制决定。基于微观结构的观察和矫顽力机理的分析,Nd-Ce-Fe-B薄膜的晶粒细小,分布均匀,晶粒表面光滑是造成高矫顽力的原因。我们的研究结果表明,在Nd-Fe-B磁体中用Ce代替Nd为缓解Nd和Dy元素的稀缺以及降低成本提供了一种有效的方法。

关键词：永磁材料界面层交换耦合微观结构磁性能

外应力下交换耦合硬/软磁双层膜磁化方向研究

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外应力下交换耦合硬/软磁双层膜磁化方向研究

作者：王雅茹内蒙古大学

学位级别：硕士

近年来,信息的“垂直”记录已经成为磁记录领域中最有发展前景的技术之一,而本身就具有垂直磁各向异性的材料却为数不多,因此,尝试在磁性材料中产生垂直各向异性的意义重大。利用外应力的可控性,我们可以实现对薄膜材料的一些物理性能... 详细信息

近年来,信息的“垂直”记录已经成为磁记录领域中最有发展前景的技术之一,而本身就具有垂直磁各向异性的材料却为数不多,因此,尝试在磁性材料中产生垂直各向异性的意义重大。利用外应力的可控性,我们可以实现对薄膜材料的一些物理性能的调控,例如材料的易磁化方向和磁弛豫等,故本文将尝试利用外应力来影响磁性材料的垂直磁化。本论文将采用能量极小原理,讨论交换耦合硬/软磁双层膜系统的垂直磁化问题。我们分别研究了外应力处于膜面内和垂直于膜面时,外磁场强度、软磁层厚度、交换耦合常数和外应力场强度的变化对交换耦合硬／软磁双层膜系统内磁化方向的影响。结果表明：软磁层厚度及外磁场强度的减小都会促进系统的垂直磁化;交换耦合强度的减小会促进硬磁层的垂直磁化,和软磁层的面内磁化;当所加外应力处于膜面内时,硬、软磁层所加外应力场强度的增大都会促进系统的面内磁化;当所加外应力垂直于膜面时,硬、软磁层所加外应力场强度的增大都会促进系统的垂直磁化。

关键词：交换耦合硬/软磁双层膜外应力场交换耦合磁化方向

L10-FePt/A1-FePt双层膜的交换耦合特性

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L10-FePt/A1-FePt双层膜的交换耦合特性

作者：李鱼辉西南大学

学位级别：硕士

采用磁控溅射法在解理面不同的MgO基片上取向生长L10-FePt/A1-FePt双层薄膜,实现了沿易轴方向磁化的退磁因子最大和最小。通过改变硬磁层的热处理温度以及调整两层各自的厚度,对双层薄膜的结构、形貌、磁畴结构以及磁化行为进行了分析... 详细信息

采用磁控溅射法在解理面不同的MgO基片上取向生长L10-FePt/A1-FePt双层薄膜,实现了沿易轴方向磁化的退磁因子最大和最小。通过改变硬磁层的热处理温度以及调整两层各自的厚度,对双层薄膜的结构、形貌、磁畴结构以及磁化行为进行了分析。得到的主要结果如下:(1)在MgO(110)单晶基片上生长10 nm厚的FePt薄膜,由于薄膜较薄,(110)超晶格衍射峰的强度较弱。将厚度增加至30 nm,(110)峰明显增强,易轴方向都在膜面内。在500℃进行热处理,薄膜开始发生A1→L10相转变。热处理温度再高,薄膜的连续性遭到严重破坏。因此,500℃为制作交换弹簧硬磁层的最佳热处理温度。再在FePt(10 nm,500℃)硬磁层上覆盖20 nm厚的A1-FePt薄膜,硬磁层的结构和形貌不受影响,矫顽力由硬磁单层的12 kOe降低至硬磁/软磁双层的7 kOe。双层膜的磁化曲线出现明显的双肩现象。(2)硬磁层的厚度增加到30 nm,改变软磁层的厚度(0,40 nm),矫顽力有明显改变。软磁层的XRD图谱中出现(111)密堆积面的衍射峰,说明软磁层没有完全沿[110]外延生长。硬磁层的热处理温度为500℃,L10-FePt(110,30nm)/A1-FePt双层膜交换作用长度满足20 nm交换耦合作用的范围也是20 nm

关键词： L10-FePt/A1-FePt 双层膜矫顽力交换耦合交换作用长度

基于交换耦合的软/硬磁复合介质单元的微磁学研究

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基于交换耦合的软/硬磁复合介质单元的微磁学研究

作者：侯志华电子科技大学

学位级别：硕士

L1-Fe Pt因具有很高的磁晶各向异性而被认为是新一代磁存储材料,然而该材料的矫顽力过大而存在写入问题,这是磁记录领域迫切需要解决的。而基于交换耦合的软/硬磁介质可以有效降低硬磁的矫顽力,同时能够保证热稳定性。另外,比特图形化... 详细信息

L1-Fe Pt因具有很高的磁晶各向异性而被认为是新一代磁存储材料,然而该材料的矫顽力过大而存在写入问题,这是磁记录领域迫切需要解决的。而基于交换耦合的软/硬磁介质可以有效降低硬磁的矫顽力,同时能够保证热稳定性。另外,比特图形化介质能够有效降低磁存储的噪音。所以基于交换耦合的图形化介质的研究对于实现超高密度磁存储有一定的指导意义。本文以高K的L1-Fe Pt为基体,通过微磁学模拟研究了多种不同结构的软/硬磁复合介质单元的磁性能,以及双层型软/硬磁复合介质单元的微波辅助磁化翻转情况。首先研究了层型结构复合单元的磁性能,模拟结果表明,当K(L1-Fe Pt)小于5×10J/m时,由于软磁和硬磁之间交换耦合作用很强,复合单元的磁化反转过程为一致翻转,并且L1-Fe Pt矫顽力的矫顽力大幅降低。但是当K(L1-Fe Pt)大于5×10J/m,复合介质的磁滞回线中出现台阶,呈现两相翻转,这对于磁存储是不利的。另外,随着软磁层厚度的增大,复合介质单元的矫顽力会进一步减小,但磁滞回线中的台阶依然存在。为了消除磁滞回线中的台阶,模拟研究了核壳型结构的复合单元。结果表明,结构B、C均能有效降低矫顽力,使其小于最大写入场,并且磁滞回线中无台阶。相比于结构B,结构C型复合单元的矫顽力虽略增大,但矩形度提高。通过增大软磁材料的厚度,矫顽力会降低,而且整个体系由刚性耦合状态逐渐变成exchange spring耦合状态。此外,探究了结构B、C两种介质单元在磁头杂散场下的稳定性。随着K(L1-Fe Pt)的增大,翻转场大小随外场角度的变化逐渐由Stoner-Wohlfarth模型向Kondorsky模型转变。对于K(L1-Fe Pt)=1×10J/m的结构B型Co/L1-Fe Pt单元,随着软磁层厚度增大,翻转场大小随外场角度的变化逐渐由Stoner-Wohlfarth模型向Kondorsky模型转变。另一种有效降低L1-Fe Pt写入场的方法是利用共振吸收能量的微波辅助磁化翻转。双层型Co/L1-Fe Pt复合介质单元的磁谱中有三个共振峰,分别对应于软磁、软硬磁界面、硬磁。通过施加合适的幅值和频率的微波场,复合介质单元的磁矩可实现磁化翻转。随着软磁层厚度的增大,软磁层对应的共振峰向低频方向移动,在微波辅助磁化翻转的相图中磁矩能够发生翻转的区域变大,且更低的频率下也会出现磁矩翻转。

关键词：交换耦合微磁学模拟 L10-FePt 矫顽力微波辅助磁化

TbFe/Fe交换耦合磁致伸缩多层膜的制备

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功能材料 2005年第2期36卷 193-195,199页

作者：蒋洪川张万里张金平彭斌张文旭杨仕清电子科技大学微电子与固体电子学院四川成都610054

采用双靶磁控溅射法制备了 TbFe/Fe交换耦合磁致伸缩多层膜,考察了热处理时间、Fe层厚度、溅射功率以及Ar气分压对多层膜低场磁致伸缩性能的影响。研究结果表明:TbFe 磁致伸缩层与软磁 Fe层之间通过交换耦合作用以及热处理能明显提高薄... 详细信息

采用双靶磁控溅射法制备了 TbFe/Fe交换耦合磁致伸缩多层膜,考察了热处理时间、Fe层厚度、溅射功率以及Ar气分压对多层膜低场磁致伸缩性能的影响。研究结果表明:TbFe 磁致伸缩层与软磁 Fe层之间通过交换耦合作用以及热处理能明显提高薄膜的软磁性能和磁致伸缩性能;TbFe/Fe多层膜的磁致伸缩性能对热处理时间、Fe 层厚度、溅射功率、Ar 气分压等薄膜沉积参数十分敏感;与 TbFe 磁致伸缩薄膜相比TbFe/Fe交换耦合磁致伸缩多层膜水平方向的矫顽力从 16kA/m降低到 9.6 kA/m。在外加磁场为8000 A/m条件下,TbFe/Fe磁致伸缩多层膜最大磁致伸缩系数可达1.58×10-4。

关键词： TbFe/Fe多层膜交换耦合磁致伸缩磁控溅射

交换耦合双层膜NiO/Ni_(81)Fe_(19)的基片温度效应研究

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无机材料学报 1999年第6期14卷 933-937页

作者：邱进军李佐宜郑远开李震林更琪熊锐胡作启卢志红华中理工大学电子科学与技术系武汉30074 中国科学院上海冶金所上海200050

用射频磁控溅射方法在不同基片温度下玻璃基片上分别制备NiO单层膜、NiFe单层膜和NiO／NiFe双层膜，研究了不同基片温度对膜的磁性能的影响．用振动样品磁强计（VSM）分析了膜的磁特性，结果表明：基片温度260℃时淀积的NiFe膜矫顽力Hc... 详细信息

用射频磁控溅射方法在不同基片温度下玻璃基片上分别制备NiO单层膜、NiFe单层膜和NiO／NiFe双层膜，研究了不同基片温度对膜的磁性能的影响．用振动样品磁强计（VSM）分析了膜的磁特性，结果表明：基片温度260℃时淀积的NiFe膜矫顽力Hc为184A·m－1，小于室温淀积NiFe膜的Hc（584A·m－1），且磁滞回线的矩形度更好．室温下淀积NiO（50nm）／NiFe（15nm）双层膜的Hc为4000A·m－1，交换耦会场（HEX）仅为1600A·m－1，磁滞回线的短形度很差，而260℃时淀积的双层膜的Hc下降到3120A·m－1，HEX却增大为4640A·m－1，同时磁滞回线的矩形度也得到改善，其截止温度TB高达230℃．X射线衍射（XRD）分析了膜的织构，结果表明：室温下淀积NiO膜呈现（220）织构，而260℃时淀积NiO膜呈现（111）织构；室温和260℃淀积的NiFe膜都呈（111）织构，但后者晶粒比前者大．

关键词：基片温度交换耦合铁磁材料氧化镍铁化镍

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Pt插层对铁磁/反铁磁界面交换耦合的影响

物理学报 2012年第16期61卷 437-442页

作者：王一军刘洋于广华北京科技大学材料物理与化学系北京100083

在铁磁层(FM)/反铁磁层(FeMn)耦合体系中插入Pt插层或对靠近FM/FeMn界面处的FeMn掺杂Pt元素,研究了体系的交换偏置场H_(ex)及矫顽力H_c随Pt插层深度dPt与Pt掺杂层厚度t_(ptFeMn)的变化关系.实验结果表明,引入Pt插层后NiFe/FeMn(d_(pt))/... 详细信息

在铁磁层(FM)/反铁磁层(FeMn)耦合体系中插入Pt插层或对靠近FM/FeMn界面处的FeMn掺杂Pt元素,研究了体系的交换偏置场H_(ex)及矫顽力H_c随Pt插层深度dPt与Pt掺杂层厚度t_(ptFeMn)的变化关系.实验结果表明,引入Pt插层后NiFe/FeMn(d_(pt))/Pt/FeMn体系的未补偿磁矩(UCS)的数量得到很大的提高,从而对H_(ex)与H_c起到增强的作用;同时,从实验结果可以推测FeMn层内部UCS的分布深度约为1.3 nm.另外,对靠近FM/FeMn界面处的FeMn掺杂Pt元素,发现掺入Pt元素后体系的H_(ex)得到有效增强,这是因为掺入Pt元素后体系UCS的数量也得到很大的提高.

关键词：磁性多层膜交换耦合 Pt插层未补偿磁矩

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NiFe/FeMn双层膜的交换耦合

物理学报 2004年第4期53卷 1232-1235页

作者：姜宏伟李明华王艾玲郑鹉首都师范大学物理系北京100037 北京科技大学材料物理系北京100083

采用平面霍尔效应测量方法 ,对NiFe FeMn双层膜的交换耦合进行了研究 .结果表明 ,在NiFe FeMn体系中不存在spin_flop模型给出的单轴各向异性场 .

关键词：平面霍尔效应测量交换耦合磁滞回线铁镍/锰铁双层膜各向异性场

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交换耦合复合介质及研究进展

信息记录材料 2010年第2期11卷 41-46页

作者：郭子政内蒙古自治区功能材料物理与化学重点实验室内蒙古师范大学物理与电子信息学院内蒙古师范大学功能材料设计与计算研究中心呼和浩特010022

交换耦合复合介质有望解决现有磁记录材料面临的三难问题,是非常有希望的下一代高密度磁记录介质。本文介绍了交换耦合复合介质的概念、物理原理以及交换耦合复合介质研究中的一些理论问题以及研究进展。在各类交换耦合复合介质中,多层... 详细信息

交换耦合复合介质有望解决现有磁记录材料面临的三难问题,是非常有希望的下一代高密度磁记录介质。本文介绍了交换耦合复合介质的概念、物理原理以及交换耦合复合介质研究中的一些理论问题以及研究进展。在各类交换耦合复合介质中,多层纳米线被广泛看好。本文对多层纳米线中畴壁的特性、畴壁的运动以及基于畴壁运动的畴壁辅助磁记录模式的研究进行了重点介绍。

关键词：磁记录交换耦合交换耦合复合介质多层纳米线畴壁辅助磁记录