Fe/Mo多层膜巨磁电阻及层间耦合振荡

近年来研究发现,由磁性材料和非磁性材料交替沉积而构成的金属多层膜和三层(Sandwich)结构系统中,非磁性层厚度发生变化时,相邻磁性层之间出现铁磁性耦合和反铁磁性耦合的交替变换,这种现象称为层间耦合的振荡.零场时若多层膜的相邻磁层呈反铁磁耦合,在外磁场作用下将导致多层膜电阻的大幅度下降,即产生巨磁电阻(Giantmagnetoresistance)效应.巨磁电阻效应最初在Fe/Cr多层膜系统中发现,随之在Fe/Cu,     

Fe/Ag多层膜的巨磁电阻效应

自1988年Baibich等人在Fe/Cr多层膜中发现巨磁电阻(GMR)效应以来,人们对各种磁/非磁金属多层膜做了大量的研究.Fe/Cr,Co/Cu和Fe/Cu是最为人们熟悉的存在GMR效应的多层膜系统.金属多层膜中出现GMR效应的必要条件之一是相邻磁性层之间必须存在反铁磁耦合.最初人们对Fe/Ag多层膜的研究没有观察到反铁磁耦合.然而,Bruno等人对磁性过渡族金属/贵金属多层膜的理论计算表明,其中存在铁磁-反铁磁层间耦合振     

Fe/Ag/Fe夹层结构中磁光效应和光学常数的振荡

近年来,磁性夹层结构和多层膜中相邻磁层间的层间耦合受到各国科学家的广泛重视,一方面,在于多层膜中由反铁磁耦合导致的巨磁电阻效应比传统的坡莫合金要大1～2个量级,在磁头材料和磁电阻敏感器件等领域具有重要的应用价值;另一方面,在于它包含诸如传导电子间交换相互作用等深刻的物理问题.与层间耦合相关联的磁光效应振荡也引起了人们浓厚的兴趣,在夹层结构Fe/Cu/Fe和Co/Au/Co中发现磁光效应随着中间非磁层厚度的变化作周期性的振荡,且振荡周期与层间耦合的振荡周期相同;但是Katayama等人在Fe/Ag,Au/Fe     

Co-Al/Cu多层膜中层间耦合和磁电阻的振荡

近年来研究表明,由磁性金属和非磁性材料交替沉积而成的多层膜或超晶格结构中,相邻磁层间磁矩通过非磁层的耦合,可以出现相互平行排列的铁磁态、反平行排列的反铁磁态,或互相垂直的90°耦合。当磁性多层膜中出现反铁磁耦合时,样品饱和时的磁阻R(S)小于零场时的电阻R(O),出现了所谓的巨磁电阻(giant magneto-resistance)效应,这一效应由于在磁头材料和磁敏感器件上具有广泛的用途而备受人们的关注。磁性多层膜的磁电阻比率一般要比     

Fe-Ni/ZnSe多层膜的磁性质

由磁性层和非磁性层组成的多层膜,通过改变非磁性层材料的类型及多层膜的结构,可以得到各种不同性质的新材料.ZnSe属于Ⅱ—Ⅴ族半导体化合物,当掺入磁性杂质原子时,便形成稀释磁性半导体,它有许多独特的磁学和光学性质.由磁性层和ZnSe组成的多层膜,界面处由于原子扩散,会形成一层很薄的稀释磁性半导体层,因而使多层膜形成了一个复杂的系统.我们曾研究过Fe/ZnSe双层膜,发现在700nm的波长下;极向克尔旋转角增加可     

FePt/FeRh双层薄膜的结构和磁性

用磁控溅射法,在加热到400℃的Mg O(001)基片上,得到25 nm厚的A1相Fe Pt软磁薄膜,经过热处理使之发生不同程度的A1→L10相转变,在450℃继续生长50 nm厚的Fe Rh,并在相同温度连续保温24 h,使Fe Rh层转变为有序的B2相,得到具有热致反铁磁-铁磁转变性质的Fe Pt/Fe Rh双层复合磁性薄膜.结果表明,Fe Pt层和Fe Rh层都有(001)取向;在生长Fe Rh层之前,如果Fe Pt层没有或者未完全转变为硬磁的L10相,可以使Fe Rh层的反铁磁-铁磁转变温度由100℃提高到200℃;沿垂直于膜面的方向施加磁场,双层薄膜的室温磁化曲线呈方形,矫顽力可达到7.4 k Oe;升温使Fe Rh层转变为软铁磁性,反磁化过程的磁化强度在2个特征磁场附近发生跳跃,显示双层膜中形成了磁性弹簧,矫顽力可下降一半以上.Fe Rh反铁磁-铁磁转变温度升高的原因在于有适量的Pt从Fe Pt层析出并扩散进入Fe Rh层,用于制作热辅助复合垂直磁存储介质,有助于提高稳定性.     

等磁化强度单晶LaYIG/GGG/LaYIG/GGG多层磁性薄膜的铁磁共振研究

自从我们首先制备了LaYIG/GGG/LaYIG/GGG等磁化强度单晶多层磁性薄膜以来,这种多层薄膜已经在线性色散微波延迟线及其它器件中得到了应用.近年来已有许多作者进行了与其相似的多层膜的铁磁共振和静磁波传播特性的研究.这些研究,对于单晶多层磁性薄膜在微波领域里的应用无疑是非常重要的.但是,迄今为止对于这种单晶多层磁性薄膜     

非磁性金属隔离层Bi, Ag和Cu对多层膜性能的影响

采用磁控溅射方法制备了Ta/NiFe/Bi(Ag, Cu)/FeMn/Ta和Ta/NiFe_Ⅰ/FeMn/Bi(Ag, Cu)/NiFe_Ⅱ/Ta多层膜. 通过X射线衍射研究了薄膜样品Ta/NiFe/Bi(Ag, Cu)/FeMn/Ta的织构. 在NiFe_Ⅰ/FeMn界面沉积大量的Cu也不会影响FeMn层的(111)织构. 与此相反, 在NiFe_Ⅰ/FeMn界面沉积少量的Bi和Ag, FeMn层的织构就会受到破坏. 研究发现, 这与隔离层原子的晶体结构和晶格常数有关. 在Ta/NiFe_Ⅰ/ FeMn/Bi(Ag, Cu)/NiFe_Ⅱ/Ta多层膜中, 研究了反铁磁薄膜FeMn与铁磁薄膜NiFe_Ⅰ和NiFe_Ⅱ间的交换耦合场H_ex1和H_ex2相对于非磁金属隔离层Bi, Ag和Cu厚度的变化关系. 实验结果表明, 随着非磁金属隔离层厚度的增加, Hex1的大小基本不变, 保持在10.35～11.15 kA/m之间. 交换偏置场H_ex2随着Bi, Ag和Cu厚度的增加急剧下降并趋于平滑. 当Bi, Ag和Cu的厚度分别为0.6, 1.2和0.6 nm时, 交换偏置场Hex2下降为0.87, 0.56和0.079 kA/m. 此后, 随着隔离层厚度的增加交换偏置场H_ex2基本不变     

Co/C软X射线多层膜中的互扩散

观测多层膜的结构变化,使我们能够在非平衡条件下,研究材料间相互作用,测量原子扩散速率以及形成化合物的激活能。Gook和Hilliard,提出用X射线衍射可测量低至10~(-27)m~2·s~(-1)的互扩散系数。以前的测量工作主要集中在晶态和非晶态金属多层膜,而关于非晶态的金属/非金属多层膜中的互扩散行为的研究则报道较少。作为一种有效的X射线反射镜,Co/C多层膜已成功地应用于X射线望远镜。本文研究了在低温退火条件下,溅射沉积Co/C多层膜中的互扩散现象,并讨论有效扩散系数对调制波长的依赖关系。     

[FePt/Ag]10多层膜的结构和磁学性能

采用磁控溅射在玻璃基片上制备了[FePt/Ag]₁₀纳米多层膜. 经550℃, 30 min真空退火后, [FePt/Ag]₁₀多层膜的矫顽力显著增大. [FePt/Ag]₁₀多层膜的磁学性能受Ag体积百分含量的影响, 多层膜中含25%的Ag可以得到最大矫顽力. 剩磁曲线分析表明, 在Ag含量相等的[FePt/Ag]₁₀多层膜中, 较薄的磁性层有利于减小晶粒间交换耦合作用. X射线衍射结果表明, Ag层厚度为5 nm时, FePt (001)峰强度明显增大. 通过磁黏滞系数法可以得到10^-24 m³的磁反转体积, 说明所设计的[FePt/Ag]₁₀多层膜可以满足超高密度磁记录对介质的要求.     

ε-FexN/BN磁性纳米复合材料的制备及热力学和动力学分析

磁性纳米复合材料一般是由非磁性绝缘体和分散在它内部的磁性纳米颗粒(10～100nm)组成的。纳米颗粒的小尺寸效应和与基体的高浓度界面以及基体的绝缘性,使得磁性纳米复合材料表现出许多优异的物理和化学性能,在高密度信息存储、磁致冷等领域有着重要的应用价值。由于Fe-N合金在耐磨、抗氧化和抗腐蚀等方面优于纯铁,且具有较高的平均原子磁矩(如Fe_4N为2.21μ_B,Fe_3N为2.01μ_B),尤其是近2年发现α″-Fe_(16)N_2的巨磁性现象(平均原子磁矩达3.2～2.8μ_B),使得Fe-N合金及其复合材料的研究工作引起了广大材料学家和物理学家的高度重视和极大的兴趣。最近几年,人们通常以N_2,NH_3和NH_3/H_2气体为氮源,利用气相沉积、磁溅射并结合热处理的方法,制备各种结构的Fe-N合金薄膜和Fe-N合金纳米复合材料膜。然而,利用其他技术和材料制备Fe-N合金及其复合材料尚无报道。在本实验中,我们将采用一种新的实验方法,即以六方氮化硼(hBN)为氮源,利用高能球磨技术制备Fe-N/BN磁性纳米复合材料。在此方法中,Fe-N合金在Fe与hBN的球磨过程中原位生成,并均匀分布在绝缘BN基体上与BN基结合牢固且界面清洁。晶粒尺寸和相成分可通过球磨参量控制,经热烧结可制成块状材料,具有实用价值。     

巨磁电阻效应

巨磁电阻效应具有重要的基础研究意义,又有宽广的应用背景.本文将综述铁磁金属与合金的各向异性磁电阻效应,磁性多层膜、颗粒膜、钙钛石型化合物薄膜以及磁性隧道结的巨磁电阻效应.巨磁电阻效应的物理机理在于传导电子自旋平行与反平行局域磁化矢量具有不同的散射几率.磁学与电子学的结合开拓了新的磁电子学研究领域.     

Ag/Bi多层膜的互扩散行为研究

互扩散系数是研究多层膜中扩散机理和固相反应的重要参数,利用调制波长为纳米级的成分调制多层膜可以测量10~(-27)m~2/s量级的扩散系数。当组分调制多层膜的调制波长L(L为两组分厚度之和)在纳米量级时,在垂直膜面方向形成一个一维的人造晶格。这种人造晶格所产生的在0°～10°范围内的Bragg衍射峰(调制峰)的强度对退火过程中多层膜间的互扩散十分敏感。测量多层膜的第1级小角X射线衍射峰强度随退火时间的变化可以得出多层膜间的互扩散系数。为了准确测量,最近我们设计了一种可以原位测量第1级小角衍射峰强     

磁性多层膜中SiO2/Ta界面反应及其对缓冲层的影响

磁性多层膜常以金属Ta作为缓冲层，利用磁控溅射方法在表面有300nm厚SiO2氧化膜的单晶硅（100）基片上沉积了Ta/NiFe/Ta薄膜，采用X射线光电子能谱（XPS）对该薄膜进行了深度剖析，并且对获得的Ta4f和Si2p的高分辨XPS谱进行计算机谱图拟合分析，结果表明在SiO2/Ta界面处发生了化学反应；15SiO2 37Ta=6Ta2O5 5Ta5Si3，该反应使得界面有“互混层”存在，从而导致诱发NiFe膜（111）织构所需的Ta缓冲层实际厚度的增加。     

电场调控铁电/铁磁异质结构的磁性

随着大数据时代的到来,具有非易失性、高读写速度、高存储密度、低功耗和微型化的存储器成为了未来信息存储发展的主要趋势.尽管有多种信息存储方式,利用磁性材料磁化翻转的磁存储依然是当下信息存储的主体.在磁信息存储的过程中,相比于磁场和电流驱动的磁化翻转,在铁电/铁磁异质结构中利用电场调控铁磁性材料的磁化翻转具有高存储密度、低能耗、局域化和高效率等优点.铁电/铁磁异质结构磁性的电场调控也因此成为了当前研究的热点之一.本文系统地回顾了兰州大学磁学与磁性材料教育部重点实验室在铁电/铁磁异质结构的磁电耦合效应研究方向的进展:实现了电场作用下铁磁层材料磁矩的挥发性或非挥发性翻转,多态高密度存储,外延单晶铁磁层薄膜磁性的多场调控,磁化动力学性能以及自旋波(磁子)的电场效应,并讨论了未来多场可控自旋电子学的发展趋势.     

Ta/NiOx/Ni81Fe19/Ta和Co/AlOx/Co磁性薄膜中原子的化学状态

用射频／直流磁控溅射法制备了Ta/NiOx/Ni81Fe19/Ta和Co/AlOx/Co磁性薄膜，并利用X射线光电子能谱（XPS）和振动样品磁强计（VSM）研究了Ar/O2比与NiOx化学状态以及Ta/NiOx/Ni81Fe19/Ta薄膜磁性之间的关系。结果表明：当溅射气压为0．47Pa，Ar/O2为7：1时，制备的NiOx中的x≌1，镍为＋2价，相应的交换耦合场（Hex）最大；Ar/O2比偏离7：1时，NiOx层中出现单质镍和＋价的镍，相应的Hex也下降，单质镍的出现还会增大该磁性薄膜的矫顽力（Hc），用XPS还研究了Co/AlOx/Co磁性薄膜中AlOx对Co膜的覆盖状况，Al层将Co膜完全覆盖所需要的最小厚度约1．8nm，采用角分辨XPS方法测出的Al的氧化物为Al2O3，氧化厚度为1．2nm。     

Co/Sb多层膜非单色反射率的计算

Co/Sb多层膜在光子能量为528 eV和掠入射为10.3°时有近62%理论反射率. 推导出了入射光为非单色光时多层膜反射率的计算方法, 分析了不同入射光能量分辨率对多层膜测量反射率的影响. 结果表明: Co/Sb多层膜测量反射率对入射光能量分辨率有强烈的依赖性, 如果入射光能量分辨率小, 将导致测量反射率远小于理论反射率. 只有在入射光能量分辨率达到1600以上, 测量反射率才等于多层膜实际反射率. 给出了Co/Sb多层膜反射率的拟合值, 这与实验结果是吻合的.     

Co/C软X射线多层膜的时效研究

<正>软X射线多层膜是由折射系数高低不同的两种材料交替沉积而构成的一维周期结构.在软X射线多层膜的实际应用中,如显微学、宇航学和显微全息等方面,具有高反射率是十分重要的.因此,研究X射线多层膜的时间效应有实际意义.本文研究了Co/C软X射线多层膜的时间效应.     

Co/C,CoN/CN软X射线多层膜的周期结构热稳定性研究

软X射线多层膜经常在强光束的照射下,做为反射镜使用。由于同步辐射等强光束携带很高的能量,使软X射线多层膜镜在工作时的温升可达几百度。软X射线多层膜为亚稳结构,周期仅为纳米量级,如此高的温升会对其周期结构造成不同程度的破坏,从而使反射率降低,反射率峰值位置漂移。因此,研究软X射线多层膜的结构热稳定性,对寻求软X射线多层膜的结构稳定性的改善方法具有重要意义。本文通过对Co/C,CoN/CN软X射线多层膜的周期结构热稳定性的对比研究,发现掺杂N可以十分有效地改善Co/C软X射线多层膜的周期结构热稳定性。     

旋磁介质中电磁波的非线性传播特性

本文简要报告了旋磁介质中非线性磁波传播特性研究的最新进展，导出了反铁磁介质对圆偏振电磁波响应的非线性磁化率显式，提示了在反铁磁中传播的非一磁波波束在其稳态和非稳态情况下都以空间孤子的形式存在，其空间宽度与自身的频率有关，当与频率有关的非线性磁化率为负值时，磁波才具有传播稳定性，研究了红外电磁波经反铁磁膜层透射的多稳特性，功率多稳效应的阈值主要取决于波的频率、膜厚和入射区的介质特性，膜厚的增加使得功