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     

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。     

Ta/NiO/NiFe/Ta的磁性及界面的结构

利用磁控反应溅射方法以Ta作为缓冲层制备了Ta/NiO/NiFe/Ta薄膜, 磁性分析表明, 该结构薄膜的交换耦合场为9.6×10磢 103 A/m, 但是所需NiO的实际厚度增加了. 采用X射线光电子能谱研究了Ta/NiO/Ta界面, 并进行计算机谱图拟合分析. 结果表明界面反应是影响层间耦合的一个重要因素. 在Ta/NiO界面处发生了反应: 2Ta 5NiO = 5Ni Ta2O5, 使得界面有"互混层"存在. X射线光电子能谱深度剖析表明Ni NiO的混合层厚度约8~10 nm, 从而导致NiO钉扎实际厚度增加.     

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。     

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-N/TiN多层膜中的层间耦合振荡

在磁性多层膜中,层间耦合现象具有重要的理论意义,人们做了大量的研究。1986年,在Fe/Cr/Fe(001)3层结构中首次观察到Fe层之间的反铁磁耦合。与此同时,在Gd/Y超晶格中,发现了Gd层之间的铁磁耦合和反铁磁耦合振荡现象。现在证明,层间耦合振荡在磁性多层膜中是一种较普遍的现象。在以Fe,Co,Ni及其合金作为铁磁层,Cu,Ag和Au以及很多3d,4d和5d金属作间隔层的多层膜体系中,都观察到了这种现象。有关Fe-N磁性多层膜的报道很少,本文首次报道以TiN作间隔层的Fe-N/TiN多层膜中,随TiN层厚度变化Fe-N层之间出现的铁磁、反铁磁耦合振荡现象。     

种子层对FeCoNd薄膜的磁性影响研究

采用磁控共溅射方法制备了不同种子层的(Fe10Co90)80Nd20磁性薄膜,研究了种子层对结构和磁性的影响.结果表明,对于相同厚度的薄膜样品,Ta为种子层的样品没有面内各向异性,矫顽力(Hc)达91Oe(1Oe=79.58A/m),表面磁畴为条纹畴结构,具有弱的垂直各向异性;Cu为种子的样品,Hc为30Oe,样品具有面内磁各向异性,各向异性场为60Oe,磁谱测量显示自然共振频率为2.7GHz.对样品进行真空磁场热处理后静态磁测量结果表明,Ta为种子层的样品的磁性及磁畴结构都没有明显变化;Cu为种子层的样品的Hc随退火温度的升高先减小后增大,表面磁畴由制备态的局域条纹畴变为连续的条纹畴结构.     

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     

粉末装管法高临界电流密度MgB2/Ta/Cu线材

利用粉末装管法制备出致密的MgB2/Ta/Cu线材,通过超导量子干涉器件(SQUID)磁强计测量了样品的磁化曲线.结果表明,MgB2线材的转变温度为38.4 K,转变宽度很窄,仅为0.6 K,MgB2/Ta/Cu线具有很强的磁通钉扎能力,在5 K下的不可逆场达到6.6T,临界电流密度高于105 A@cm-3(5 K,自场)和104A@cm-2(20K,1 T).     

液态三元Ni-Cu-Pb偏晶合金相分离的相场模拟

采用亚规则溶液模型对液态三元(Ni_xCu_100-x)₅₀Pb₅₀偏晶合金相分离的演化过程进行了相场计算. 结果表明, 如果不考虑表面偏析势作用, 随液体流动性增强, 相分离后组织形态由弥散向双连续组织转变. 引入表面偏析势后发现(Pb)相优先占据表层, (Ni,Cu)相依附其形核并生长. 随相分离时间延长, (Pb)相在表层粗化和生长, 偏析层厚度逐渐增加. 同时, (Ni,Cu)相向中心迁移和聚集, 合金熔体形成两层壳核组织. 对液体浓度场计算发现, 表面浓度起伏比体相大, 并以波的形式向内部传播, 最终表面(Pb)相和内部(Ni,Cu)相的成分保持稳定. 此外, 对液体的流场计算发现, 在相分离初期界面附近流场较强, 后期显著减弱. 表面偏析是影响合金熔体表面层形成、浓度分布、流场分布和液体宏观相分离的重要因素.     

质子交换膜燃料电池催化层模型研究进展与展望

质子交换膜燃料电池是一种零/低碳排放的高效能量转换技术,对我国实现“碳达峰、碳中和”战略目标具有重要意义.催化层是直接决定电池性能与寿命的关键组件之一,也是电池规模化商用的核心.催化层具有复杂的多物理场多尺度耦合输运反应过程,需要借助精确的数值模型来理解内部的传输与反应机制.本文回顾了近年来氢燃料电池催化层模型的研究进展,重点介绍了典型模型的建模思想,讨论了不同模型的适用性,简述了典型应用参考实例,并对模型的未来研究方向提出了一些建议.     

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     

质子交换膜燃料电池中微纳输运过程的数值研究进展

质子交换膜燃料电池是氢能利用的典型装置.在燃料电池的多尺度空间内发生着复杂的相变多相流、传热传质、电子质子传导、电化学反应等物理化学过程.上述过程对电池的性能、寿命及成本影响显著.近年来,随着先进实验手段、数值方法和计算资源的不断发展,研究者基于微纳米尺度研究燃料电池中发生的复杂多场耦合输运过程,不断发现新的微纳输运过程特征及耦合机制.本文回顾了近年来针对燃料电池关键组件(包括催化层、气体扩散层和气体通道)中发生的多场耦合输运过程的微纳尺度数值仿真工作.针对催化层,主要介绍了孔尺度数值仿真在预测有效传输系数、揭示传质阻力机理、查明微纳结构对反应输运过程影响方面的进展.针对扩散层,重点介绍了孔尺度仿真在研究扩散层气液两相流动及查明结构和润湿特性对液态水运动和分布影响的工作,还讨论了气体扩散层薄层多孔介质输运特性及典型代表单元是否成立.针对气体通道,着重介绍了通道中液态水运动及其对传质反应的影响.此外,还讨论了各组件跨尺度界面行为特性.最后,对采用微纳尺度数值方法研究燃料电池内多场耦合输运过程进行了总结和展望.     

[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.     

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.     

离子溅射TiC薄膜的深度分析和表面碳偏析

离子溅射制膜是近年来发展起来的一种新技术。由于所获得的溅射层有许多优点,在防腐、耐磨、装饰和制备新材料等方面得到了越来越广泛的应用,对薄膜本身的研究也日趋活跃。本文用AES研究了铜箔上TiC溅射膜升温过程中的表面成分的偏析和深度方向成分的变化。升温过程中出现碳偏析现象,可能影响薄膜的摩擦学性能。     

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     

Al Lβ吸收边附近透过谱的奇怪振荡

厚度从几百纳米到几微米的无衬铝膜被广泛地用做软X射线的滤光片和衰减膜。例如在多靶的类氖锗软X射线激光实验中,谱线强度的变化有3～5个数量级,为保证记录底片能工作在线性区,需根据靶长的变化更换不同厚度的铝膜对实验中产生的软X射线进行衰减。又如在同步辐射软X射线波段的应用中,往往需要加很薄(几百纳米厚)的铝膜挡掉同步辐射中的可见光成分。此外,Al元素的K、L吸收边也被广泛地用于软X射线能量的定标中。 作者分别在同济大学和长春光学精密机械研究所用热蒸发和电子束蒸发两种方法制备了0.3μ到2.5μm厚的无衬铝膜。在已抛光的玻璃衬底上先蒸镀一层NaCl作为脱膜剂,然后蒸镀Al膜,经脱膜获得厚度均匀(不均匀性小于5％,在100平方毫米范围内)的无衬铝膜。杜杰,王珏等对Al膜所作的Auger谱分析表明:铝膜表面的氧化层大约有7.5nm厚,氧化的主要产物是Al_2O_3。     

含有p-GaN 纳米阵列的InGaN/GaN 双异质结太阳能电池的制作

提出了一种提高p-GaN/i-InGaN/n-GaN 双异质结太阳能电池外量子效率的方法,即将p-GaN 刻蚀成纳米阵列结构. 我们使用Ni 退火形成微结构掩模, 通过感应耦合等离子体(ICP)将p-GaN 刻蚀纳米阵列结构. 同时, 提出了两步刻蚀n-GaN 台面的制作工艺, 以此在形成p-GaN 纳米阵列结构时获得光滑的n-GaN 层表面, 以此改善后续金属电极的沉积. 经测试, 含有p-GaN纳米阵列结构的电池峰值外量子效率可达55%, 比常规p-GaN 膜层基InGaN/GaN 太阳能电池的外量子效率提高了10%.