基于NiMn的铁磁/反铁磁系统中交换偏置研究进展

NiMn合金薄膜作为一种高性能的反铁磁材料在巨磁电阻器件中具有重要的应用前景,引起了物理学及材料学等领域广大科研工作者的浓厚兴趣。综述了NiMn合金薄膜的基本性质,并对NiMn基铁磁/反铁磁双层膜的交换偏置的基本特征进行了分析。     

硬磁/反铁磁交换耦合对反铁磁FeMn稳定性影响研究

采用磁控溅射方法在SiO2基体上制备了FePt/FeMn/NiFe/Ta多层膜样品,通过FeMn/NiFe双层膜交换偏置的变化研究了硬磁FePt不同磁化状态对反铁磁层FeMn的影响。实验表明,磁化了的L10相FePt能使FeMn在较薄的情况下(4.5nm)对NiFe产生比较强的交换偏置;而未被磁化的FePt对FeMn/NiFe交换偏置影响并不明显。认为更薄的反铁磁层对另外的铁磁层产生交换偏置是由于硬磁与反铁磁的界面交换耦合作用能增强反铁磁的稳定性。     

(Ni0.81Fe0.19)0.66Cr0.34/Ni0.81Fe0.19薄膜的各向异性磁电阻效应及尺寸效应

研究了以非磁性（Ni0.81Fe0.19)0.66Cr0.34薄膜作为过渡层的坡莫合金Ni0.81Fe0.19薄膜的磁电阻效应和饱和磁场，分析退火处理对样品饱和磁场的影响和经刻蚀后的磁电阻效应膜线的尺寸效应，并建立一个统计模型定性分析了其性能变化的机理，计算结果符合实验。     

Fe/Pt磁性薄膜的研究进展

Fe/Pt合金薄膜是重要的磁性材料.介绍了Fe/Pt合金的晶体结构以及磁控溅射法、真空电弧离子法、机械冷变形法和化学合成法4种主要制备Fe/Pt合金薄膜的方法,并对影响Fe/Pt合金薄膜磁性能的重要因素进行了评述,包括改变热处理工艺参数和添加掺杂元素.最后指出,Fe/Pt纳米结构材料具有良好的化学稳定性和较高的磁晶各向异性,因而在超高密度信息存储领域有着巨大的应用潜力.     

Mn-Fe基合金的反铁磁与高阻尼

采用动力学分析（DMA）和透射电子显微分析（TEM）等实验方法,研究了含锰45．9％－86．4％（原子分数）范围Mn-Fe-(Cu)合金的反铁磁转变,马氏体相变及高阻尼特性。当锰含量超过71％（原子分数）时合金在变温过程中发生顺磁－反铁磁转变引起模量的剧烈变化。在尼尔点（TN)以下的反铁磁状态－200℃温区内出现一个10^-1数量级内耗的高阻尼区。随着含锰量的增加该区内逐渐显示出两个分立的内耗峰。确定了其中高温端的内耗峰为马氏体相变的贡献而低温端的内耗峰则纯属孪晶界的驰豫型内耗。文中测定了驰豫过程的激活能,讨论了合金呈现高阻尼与两种相变的关系。     

氧化物反铁磁Cr2O3薄膜的研究进展

氧化物反铁磁Cr2O3薄膜在自旋电子学器件中有着广泛的应用.重点论述了反铁磁Cr2O3的早期基础性研究,以及反铁磁Cr2O3薄膜在交换偏置和磁电效应方面的研究进展.最后指出了氧化物反铁磁Cr2O3薄膜研究中存在的部分问题,并展望了它的发展前景.     

超薄Ni81Fe19薄膜的各向异性磁电阻及磁性能

利用磁控溅射方法制备了一系列超薄Ta(5nm)/Ni81Fe19(20nm)/Ta(3nm)磁性薄膜。着重研究了基片温度、缓冲层厚度对Ni81Fe19薄膜各相异性磁电阻(AMR)及磁性能的影响。利用X射线衍射仪分析了薄膜结构、晶粒取向;用四探针技术测量了薄膜的电阻率和各向异性磁电阻;用FD-SMOKE-A表面磁光克尔效应试验系统测量了薄膜的磁滞回线。结果表明:在基片温度为400℃时制备的Ni81Fe19薄膜具有较大的各向异性磁电阻效应和较低的磁化饱和场,薄膜最大各向异性磁电阻为3.5%,最低磁化饱和场为739.67A/m。基片温度为500℃制备的薄膜,饱和磁化强度Ms值最大。随着缓冲层厚度x的增加,坡莫合金薄膜的AMR值先变大后减小,在x=5nm时达到最大值。     

反铁磁耦合软磁/硬磁双层膜体系的交换弹性反磁化特性

基于微磁学理论研究了软磁/硬磁反铁磁交换耦合双层结构体系的反磁化特性,利用一维原子链模型模拟了其反磁化过程。研究表明:当考虑了软磁层的磁晶各向异性能后,随着软磁层厚度的增大,交换弹性反磁化过程从可逆过程转变为不可逆过程。存在一个临界的软磁层厚度tc,当软磁层厚度tstc时,交换弹性反磁化过程为不可逆过程。形核场Hb随软磁层厚度的变化仅当体系的反磁化过程为可逆的交换弹性反磁化过程时才满足经验公式Hb=Hb0/tsn。     

反铁磁层厚度对垂直磁各向异性钴/铂/铁锰多层膜磁性质的影响

在室温下用超高真空磁控溅射系统制备了一系列的Pt(4.0nm)/[Co(0.5nm)/Pt(0.3nm)]3-FeMn(tAFnm)多层膜样品,研究了反铁磁层厚度对于易轴垂直于样品表面的Co/Pt/FeMn多层膜磁性质的影响。在室温下利用样品的剩磁进行了X射线磁圆二色测量(XMCD),结果表明在铁磁/反铁磁界面有反铁磁层铁锰的净磁矩,这些净磁矩仅来自于铁元素。铁的磁矩倾向于垂直于膜面排列。磁测量结果表明,随着铁锰层厚度的增加,交换偏置场HEB增加直到饱和,而HC先增加,然后轻微减少,在tAF7.5nm以后,HEB和HC都几乎不变了。没有观察到磁锻炼效应。     

横场下反铁磁耦合薄膜的自旋波

在格林函数的框架内,研究横场下反铁磁薄膜系统在不同波矢方向上的自旋波,分析横场、反铁磁耦合和薄膜厚度等薄膜参数对自旋波谱分布的影响.     

NiO/Co/Cu/Co自旋阀中反铁磁NiO层钉扎作用的研究

本文通过研究不同方向外加磁场下ＮｉＯ７０ｎｍ／Ｃｏ ５．５ｎｍ／Ｃｕ ３．５ｎｍ／Ｃｏ ５ ．５ｎｍ 自旋阀结构中磁电阻的变化,探讨了ＮｉＯ 反铁磁层对相邻的Ｃｏ 层的钉扎作用。研究发现,材料中的钉扎方向是唯一确定的,只有沿着钉扎方向反向增大外场,才能获得高的巨磁电阻效应和磁灵敏度。     

Fe-Ga合金超磁致伸缩薄膜的研究进展

Fe-Ga合金超磁致伸缩薄膜(GMF)具有比Terfenol-D薄膜和块体Fe-Ga合金更加优越的性能,因此,对Fe-Ga GMF的研究已日益受到人们的重视。综述了目前国内外对Fe-Ga GMF的研究现状及发展趋势。主要总结了制备工艺对Fe-Ga GMF的成分、显微结构和磁致伸缩性能的影响,以及目前人们对磁畴结构和磁致伸缩系数的本构方程的研究结果。指出了Fe-Ga GMF要走向实用化必须解决的基础科学问题。     

磁控溅射法制备铁磁形状记忆合金Ni—Mn—Ga薄膜的力学性能研究

Ni-Mn-Ga是一种磁致伸缩材料、它兼具形状记忆效应和磁致伸缩效应等多种功能特点,具有响应频率高,变相量大的优点.而PbZrTiO3(PZT)是一种压电陶瓷,具有力-电转换的功能,而且也具有较高的响应频率.为实现磁-力-电的快速转换,本文使用ECR磁控溅射方法在PZT压电陶瓷片上制备出了Ni-Mn-Ga薄膜.并研究了不同溅射功率和热处理条件对薄膜的组织形貌、成分、表面粗糙度及薄膜硬度的影响.SEM断面形貌显示Ni-Mn-Ga薄膜为柱状生长模式;AFM三维形貌显示Ni-Mn-Ga薄膜生长致密,表面粗糙度随着溅射功率的增大而增大;Ni-Mn-Ga薄膜的硬度和弹性模量随退火温度的升高而增大.     

近室温磁制冷合金材料的研究进展及发展前景

磁制冷技术是一种高效节能、绿色环保、可靠性强的先进制冷技术,其核心原理是磁性材料的磁热效应,即磁制冷工质等温磁化时向外界放出热量,绝热退磁时从外界吸收热量.理论上所有的磁性材料都具有磁热效应,但只有极少数具有显著磁热效应的磁性材料可用于磁制冷.因此,研发具有较大磁热效应的磁制冷工质是决定磁致冷技术能否得到应用和推广的关键因素.经过几十年的发展,人们陆续发现了许多性能优异的磁制冷材料,推动和促进了磁制冷技术的发展.目前,磁制冷技术在20 K以下的低温区已经得到了较为广泛的应用,如液氦的制备、低温物理研究以及航空航天等领域都采用了磁制冷技术.低温区的磁制冷材料通常为顺磁状态,其构型熵可以忽略不计,但随着温度的升高,用于低温区磁制冷的顺磁材料的晶格振动变大,构型熵对磁制冷系统的影响不可忽略,即传统的顺磁态磁制冷工质在近室温区已不再适用,因此研发近室温区的磁制冷材料具有重要意义.近20年间,国内外研究者对近室温区磁制冷材料进行了大量研究并取得了许多重要成果,如以Gd(SiGe)4、La(FeSi)13、MnAs合金和NiMn基Heusler合金等为代表的具有优异磁热效应的一级相变磁制冷材料,这些合金的磁热效应通常是由结构相变与磁相变的叠加引起的,但常常伴有较大的热滞与磁滞损耗,进而会大幅度降低磁制冷的效率.除了一级相变磁制冷材料外,还有稀土Gd及其化合物、Gd基非晶态合金等具有二级磁相变的近室温磁制冷材料.其中,Gd基非晶态合金具有制冷温区宽、涡流损耗低、磁滞低、成分范围宽、耐腐蚀和易于加工等优点,其较宽的制冷温区特别适合室温埃里克森磁制冷循环,具有广阔的应用前景.本文简要介绍了磁热效应的原理以及磁制冷技术的发展,重点介绍了近室温磁制冷材料的磁热性能和最新研究进展,包括Gd(SiGe)4、La(FeSi)13、MnAs合金、NiMn基Heusler合金等一级相变磁制冷材料和具有二级磁相变的Gd基非晶态合金,并分析了它们作为磁制冷材料的优点和存在不足,讨论了各系材料未来的发展方向和趋势.     

脉冲磁场退火对纳米晶复合Nd8.5Fe77Co5Zr2.7Ga0.6B6.2永磁合金磁性能的影响

对快淬Nd8.5Fe77Co5Zr2.7Ga0.6B6.2合金,采用脉冲磁场下热处理的方法制备纳米晶复合永磁材料,研究脉冲磁退火对合金的晶化过程、相组成、交换耦合作用以及磁性能的影响,结果表明,同常规退火相比,脉冲磁退火降低了合金的最佳退火温度,改善了合金的微结构,从而增强了软、硬磁性晶粒间的交换耦合作用,明显提高了合金的磁性能,经670℃脉冲磁退火后合金具有最佳的磁性能,即iHc=586kA/m,Jr=1.01T,(BH)max=138kJ/m3,最大磁能积比常规退火工艺条件下提高了15%。     

Cu对NiFe/Cu/NiFe层状薄膜的巨磁阻抗效应影响的研究

用直流磁控溅射方法制备了NiFe/Cu/NiFe层状薄膜 ,研究了Cu膜宽度对NiFe/Cu/NiFe层状薄膜的巨磁阻抗效应的影响 ,结果表明 ,层状薄膜的巨磁阻抗效应随Cu膜宽度发生振荡现象 ;并提出了一个等效电路模型直观地解释了层状薄膜增强巨磁阻抗效应的机理     

Gd5Si2Ge2巨磁熵变合金的粒度效应研究

GdSiGe系合金的发现为磁致冷的常温范围实用化发展提供了可能,但目前其成型方面还有一定的问题.根据合金成型特点,本文研究了磁制冷材料Gd5Si2Ge2合金的颗粒尺寸对其磁热效应的影响,从而为磁制冷材料的加工成型和粒度范围提供了实验依据.结果表明,Gd5Si2Ge2合金的磁热效应在微米级随着粒度的增大而减小.     

NiFe和NiFe/Cr/NiFe薄膜的磁电阻特性与膜厚关系

本文研究了采用离子束溅射技术制备的 NiFe 薄膜及层状结构 NiFe/Cr/NiFe 薄膜的磁电阻特性与膜厚的关系。用四探针法测量薄膜的磁电阻。由实验结果得到磁电阻特性与膜厚及 Cr 夹层厚度的关系。分析了 NiFe/Cr/NiFe 膜中两层 NiFe 膜之间存在反铁磁交换耦合时,磁电阻效应显著增强的现象,NiFe/Cr/NiFe 膜各向异性磁电阻系数△ρ/ρ_(av)达5.1%。     

电沉积铁镍纳米合金薄膜的结构和性能研究

采用电沉积方法从硫酸盐体系镀液中沉积得到Fe18Ni82合金薄膜.运用扫描电子显微镜(SEM),原子力显微镜(AFM),透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射分析(XRD)以及磁测量设备分别对薄膜的表面形貌、显微结构和磁性能进行表征和测量.同时利用万能材料试验机和显微硬度计测量了薄膜的力学性能.结果表明:电沉积制备的Fe18Ni82合金薄膜成分均匀,表面平整、光亮、致密,晶粒大小为40～50 nm.薄膜是以Ni为溶剂原子,Fe为溶质原子的置换型固溶体,只存在单一的fcc相,Fei8Ni82合金薄膜沿(111)面有较强的择优取向.镀态Fei8Ni82合金薄膜在50 Hz交流磁场下,测得其饱和磁感应强度为1.08 T,最低矫顽力为20 A/m.19 μm厚的纳米晶薄膜的断裂应力达到785MPa,显微硬度达到605Hv.     

Cr取代亚铁磁性Mn_2Sb_(0.95)In_(0.05)合金的磁及磁热性能

磁制冷是一种利用材料的磁热效应进行制冷的新型制冷技术,相比于传统气体压缩制冷,因其绿色环保、高效节能等优点而备受关注。在众多磁相变合金材料中,人们对Mn_2Sb基亚铁磁相变合金研究甚少。文章研究了Cr取代Mn后亚铁磁性Mn_(2-x)Cr_xSb_(0.95)In_(0.05)(x=0.05,0.09,0.13)合金的磁性和磁热性能。室温XRD数据表明合金在室温附近以四角Cu_2Sb型结构为主相。由于反铁磁中有高磁响应,因此从XRD图谱中能观察到少量的铁磁MnSb杂相。随着温度的降低,在这些合金中,发生了亚铁磁到反铁磁的一级磁致弹性转变。同时,在亚铁磁区域观察到两个自旋重新取向转变。由于反铁磁-亚铁磁的转变过程中磁化强度突变,使得在Mn_(1.91)Cr_(0.09)Sb_(0.95)In_(0.05)合金中在0~10 k Oe的磁场变化中获得高达1.63 J/kg·K的大磁熵变。目前的研究可能有助于研究和开发新的磁性冷材料。