L1_0-FePt(001)/A1-FePt双层交换弹簧的磁性

在加热到400℃的MgO(001)单晶基片上,用磁控溅射法沉积30 nm厚A1相FePt软磁薄膜,在T_a=[400℃,700℃]温度范围进行6 h热处理,使其发生不同程度的A1→L1_0转变.以此作为硬磁层,在100℃继续生长不同厚度的A1相FeP t,得到具有(001)织构的L1_0/A1-Fe Pt双层磁性交换弹簧.T_a≤600℃,硬磁层的覆盖率保持100%,但晶粒尺寸有差别.T_a=500℃和600℃,硬磁层的有序度分别为0.61和0.84,层中L1_0相与A1相共存,两相间的交换作用使薄膜出现垂直磁晶各向异性,磁化曲线呈方形.矫顽力在T_a=500℃时接近5 kOe.用T_a=500℃和600℃的硬磁层做成L1_0(001)/A1-Fe Pt双层薄膜,在软磁层厚度为20 nm时,磁化曲线仍然保持方形,而软磁层厚度增加到30 nm,反磁化曲线分成软磁层反转和硬磁层反转两个阶段,表明层间交换作用长度都在20 nmlex30 nm范围,是理想L1_0/A1-FePt交换弹性体系的2倍以上.经过分析认为,出现这种现象的原因在于硬磁层中L1_0相与A1相共存,降低了有效单轴磁晶各向异性能密度.这为根据需要设计磁性弹簧的性质提供了方便.     

垂直取向L10 FePt纳米粒子的磁性

用磁控溅射法在加热到700℃的MgO(001)基板上沉积了FePt薄膜. 依靠基板与薄膜间的晶格失配, 形成了磁化易轴垂直于基板平面的L10相(001)织构. 膜厚为5 nm时得到了直径约70 nm的纳米粒子, 4.2 K温度下其矫顽力达105 kOe(1 Oe=79.58 A/m). 膜厚增加到50 nm时, 薄膜由不连续变化为连续, 矫顽力下降了一个数量级. 用微磁学方法对单畴粒子的自发磁化和磁化反转过程进行了模拟. 结果表明, 磁化反转机制是涡旋式的成核, 模拟矫顽力为121 kOe. 这意味着实验获得的矫顽力已经接近理想单晶单磁畴粒子矫顽力的极限.     

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     

真空退火FePt/Ag纳米多层膜的结构和磁性

用脉冲激光在单晶MgO(100)基片上制备了FePt/Ag纳米多层膜,然后进行了真空退火,并进行了磁性测量及微结构分析.当FePt为最底层时,x射线衍射结果表明存在(001)织构.而且Ag层越厚,(001)择优取向越强.退火得到的FePt(L10相)晶粒的磁各向异性常数可达到106 J/m3量级,且磁化易轴垂直于膜面取向.通过测量磁化强度的时间效应,观察到小至6×10-25m3 的磁激活体积,说明退火得到的FePt(L10相)/Ag纳米复合薄膜适合于将来更高密度的垂直磁记录介质.     

耐高温垂直取向FePt 连续薄膜的表面形貌与磁性

用磁控溅射法在加热到400℃的MgO(001)单晶基片上沉积了总厚度为25 nm 的[Fe(0.6 nm)/Fe_30.5Pt_69.5(1.9 nm)]₁₀ 多层连续薄膜, 总成分配比为Fe₅₀Pt₅₀. 然后对其在[500, 900]℃温度范围进行真空热处理, 分析了热处理温度对薄膜表面形貌、晶体结构以及磁特性的影响. 结果表明, 在加热基片上生长的FePt 薄膜, 层间已经发生扩散, 形成无序的A1 相. 经过700℃以上的高温热处理, 薄膜转变为具有(001)织构的L1₀相FePt 合金, 易磁化轴沿垂直于膜面的方向, 有序度大于0.85, 单轴磁晶各向异性能约2.7×10⁷ erg/cc. 利用扩散后残存的周期性微弱成分起伏, 可以使薄膜在800℃以下保持形貌连续. 用原子力显微镜对薄膜表面进行观察证实, 在780℃进行热处理, 薄膜的表面最平整. 这种优质的连续薄膜可以应用于微加工制作超高密度垂直磁记录阵列介质.     

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.     

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.     

强磁场中射频溅射沉积Fe-Si-O薄膜的结构及磁性

研究了强磁场对射频溅射沉积Fe-Si-O薄膜的微结构和磁性能的影响. 在O2流量比小于1.0%、外加磁场低于1.0 T的溅射条件下, 得到了中孔型、相分离型和混合型3种典型的样品宏观形貌, 表明强磁场不但影响等离子体的分布而且影响溅射原子的角分布. 在O2流量比大于2.0%,外加磁场高于2.0 T的条件下制备的Fe-Si-O薄膜中, 经X射线衍射分析发现了强(110)取向的Fe3O4相;磁性测量发现垂直膜面方向上的剩磁和矫顽力大于平行膜面情况. 这些结果表明在薄膜沉积过程中, 强磁场不但使磁性薄膜取向, 而且在膜中诱导出了显著的垂直磁各向异性.     

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.     

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,     

硬磁性Nd60Al10Fe20C010大块金属玻璃的磁畴结构

运用磁力显微镜对硬磁性Nd60All0Fe20Col0大块金属玻璃(BMG)的磁畴结构进行了研究.结果表明,制备态材料中存在黑白磁斑相邻的微磁结构,磁畴的平均尺度约为360 nm.这种磁畴结构与Nd基BMG的硬磁性是紧密相关的.由于BMG中存在的短程有序原子团簇的尺度只有几纳米量级,因而磁力图上亚微米尺度的黑白磁斑是由大量的原子团簇在强烈的交换耦合作用下磁矩平行排列形成的.而完全晶化的材料则呈顺磁性,其磁力图上已无明显的磁反差,但仍分布着一些间距较大的平均尺度为900 nm的低矫顽力铁磁晶态相.     

硬磁性Nd60Al10Fe20Co10大块金属玻璃的磁畴结构

运用磁力显微镜对硬磁性Nd60Al10Fe20Co10大块金属玻璃（BMG）的磁畴结构进行了研究。结果表明,制备态材料中存在黑白磁斑相邻的微磁结构,磁畴的平均尺度约为360nm。这种磁畴结构与Nd基BMG的硬磁性是紧密相关的。由于BMG中存在的短程有序原子团簇的尺度只有几纳米量级,因而磁力图上亚微米尺度的黑白磁斑是由大量的原子团簇在强烈的交换耦合作用下磁矩平行排列形成的。而完全晶化的材料则呈顺磁性,其磁力力站已无明显的磁反差,但仍分布着一些间距较大的平均尺度为900nm的低矫顽力铁磁晶态相。     

多(硬磁)主相永磁体及矫顽力机制研究现状与展望

回顾了烧结稀土永磁材料磁化与反磁化机制的研究现状,针对新型多主相复合永磁材料独特的结构特征,开展"多硬磁相、多尺度"新型复合稀土永磁材料(包括R-Fe-B/Nd-Fe-B,R-Fe-B/Sm-Co及多相复合磁体)的设计、可控制备基础理论和矫顽力机制的探讨.通过采用双主相(或多主相)合金等多相复合材料制备新技术,探索制备兼具多种永磁单相优点的新型复合型永磁材料.尝试探讨了双硬磁主相复合材料的矫顽力机制,认为不仅要考虑不同各向异性常数的硬磁相之间的相互作用,还应考虑不同相的体积分数和分布.最后展望了永磁材料的发展方向.     

不同衬底温度下[Tb/Fe/Dy]n纳米多层膜的结构、磁性能及超磁致伸缩性能研究

采用多靶磁控溅射仪分别在室温和衬底温度为300℃条件下制备了具有精确组分为Tb_0.27Dy_0.73Fe₂的[Tb/Fe/Dy]_n纳米多层膜. 研究结果表明, 纳米多层膜在沉积过程中形成了微柱状结构,薄膜样品的磁性能和超磁致伸缩性能表明薄膜样品具有明显的垂直各向异性. 尽管纳米多层膜具有垂直各向异性, 但仍具有超磁致伸缩性能. 特别是衬底温度300℃制备的纳米多层膜, 由于Laves相R-Fe₂纳米晶的析出使得超磁致伸缩性能有了显著的提高. 在很小的外磁场(0.18 T)时, 衬底温度300℃条件下制备的样品超磁致伸缩值为89.3 ppm (1 ppm= 1×10^-6), 约为室温条件下制备的样品在此磁场下超磁致伸缩值23.5 ppm的4倍. 同时还研究了垂直磁各向异性薄膜的磁化过程与超磁致伸缩性能的关系.     

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     

用强磁性FePt薄膜制作高性能磁力显微镜探针

磁力显微镜能够在几十纳米以下程度分辨磁性薄膜表面附近的漏磁场分布,已经成为获取亚微米尺度微粒子内部磁畴结构信息的有力工具.目前普遍使用的磁力显微镜探针,其矫顽力一般在0.3~1kOe之间.受被测材料磁性的影响,这样的探针稳定性很差.用FePt合金制作的磁     

非晶态CoFeNiNbSiB溅射薄膜的磁性

含Nb的钴基非晶合金薄膜具有很高的磁导率,优良的频率特性、极低的磁致伸缩系数、较高的晶化温度、损耗低、耐磨损和耐腐蚀等优良特性,是制作薄膜磁头和薄膜电感的理想材料,但制备态的非晶膜存在很大的内应力,加上内部结构各向异性以及表面形貌不平产生的表面各向异性,使得制备态样品膜磁性并不优良,经过磁场热处理后提高了磁导率,降低了磁损耗,磁性能得到较大的改善。 我们系统研究了磁场热处理前后样品膜在不同磁化条件下磁性能的变化,并对其机理进行了讨论。     

高<111>取向Tb0.3Dy0.7Fe1.9合金的制备

巨磁致伸缩材料Tb0.3Dy0.7Fe1.9沿易磁化轴《111》取向有着远优于其他取向的性能,探索制备该合金沿《111》取向的方法将提高这类稀土铁材料的应用价值.当材料在静磁场中凝固时,尽管Tb0.3Dy0.7Fe1.9的熔点远高于材料的铁磁相变Curie点,理论上这种高熔点的铁磁类材料在不是很强的静磁场作用下有实现易轴取向生长的可能性.在Tb0.3Dy0.7Fe1.9的凝固实验中,施加1T的静磁场,材料在慢凝的过程中获得了平行于磁场方向的高《111》取向.实验结果证实了理论分析,这一方法也应适用于其他高熔点铁磁性材料.     

复合薄膜CoFe_2O_4/TiO_2的制备及磁性

以钛酸丁酯和金属盐酸盐为原料,采用溶胶-凝胶工艺制备CoFe2O4/TiO2复合薄膜.探讨热处理温度和前驱液pH值对CoFe2O4/TiO2复合薄膜结构及磁性的影响.通过X射线衍射(XRD)分析了复合薄膜的相结构;采用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和偏光显微镜(PLM)观测了薄膜表面形貌;用振动样品磁强计(VSM)测试了样品的磁性.结果表明,薄膜生长过程中两相组分的晶体各自析出长大,CoFe2O4均匀地嵌埋于TiO2基体中;薄膜中晶粒的生长对反应体系的pH值、热处理温度依赖性较大,前驱液pH在2~3范围内,经800℃热处理后得到纳米复合薄膜,晶粒平均粒径为19nm;随着热处理温度的升高,复合薄膜的磁性增强.