不同结构Sm-Co/α-Fe薄膜体系磁性能的研究

根据微磁学模拟理论,设置交换耦合双层膜中的Sm-Co硬磁层和α-Fe软磁层薄膜总厚度各自保持不变,通过改变结构来研究其对磁化反转过程和磁性能的影响。结果表明,从双层膜变化到三层膜的过程中,不同的结构具有不同的磁性能和磁化反转过程;当结构优化为Sm-Co(10 nm)/α-Fe(5 nm)/Sm-Co(10 nm)三层膜时,最大磁能积和矫顽力达到最大值,分别为1.4×10~6A/m和856.05 k J·m~(-3)。此结论对高性能交换耦合类磁性薄膜的制备具有一定的指导意义。     

Nd_2Fe_(14)B/α-Fe交换耦合双层薄膜磁性能

利用微磁学理论模拟计算了Nd2Fe14B/α-Fe交换耦合双层膜的磁滞回线,并对双层膜体系的剩磁、矫顽力、最大磁能积与软磁层厚度的关系进行了研究。结果显示,软磁层厚度小于临近尺寸时,磁滞回线为矩形,双层膜完全耦合;软磁层厚度与磁性能的关系表明,随着软磁层厚度的增加,剩磁和最大磁能积先增大后减小,而矫顽力单调下降。     

SmCo/Fe系统膜厚对矫顽力与过渡区噪声影响的微磁学模拟

SmCo/Fe双层膜具有很好的各向异性,因此能够用于高密度垂直磁记录中.采用微磁学方法,详细讨论了SmCo/Fe双层膜系统中膜层厚度对于矫顽力和记录位间的过渡区噪声的影响.模拟结果表明,硬磁层和软磁层厚度对于矫顽力和过渡区噪声都具有一定的影响.为了获得大的系统矫顽力和小的过渡区噪声,有必要提高SmCo层和Fe层的厚度比,同时也要将系统中膜层厚度控制在较小的值.     

Pt的含量对[Fe/Pt]n多层膜磁性能的影响

采用射频磁控溅射的方法,在玻璃基片上制备了不同膜层结构的[Fe/Pt]n多层膜,经不同温度真空热处理后,得到L10有序结构的FePt薄膜.实验结果表明,[Fe/Pt]n多层膜结构可以有效降低FePt薄膜的有序化温度,350℃退火30min后其平行膜面矫顽力可达1.6×105A/m;多层膜结构中,Pt层厚度与Fe层厚度相同时,矫顽力最大,当Fe、Pt层厚度比偏离1:1时,在Fe/Pt接触处易产生Fe3Pt和FePt3软磁相;Pt层和Fe层厚度相等且总厚度相同的情况下,Fe、Pt单层厚度越薄,有序化温度越低,且对应的矫顽力大.     

C掺杂对L1_0-FePt/Fe交换耦合复合薄膜磁性的影响北大核心CSCD

采用磁控溅射的方法制备了L1_0-FePt/[Fe/C]_n薄膜,并与L1_0-FePt/Fe双层膜磁性能进行了对比。结果表明,当[Fe/C]_n周期数固定时,薄膜的矫顽力随C层厚度的增大呈先减小后增大的趋势,C层厚度为1 nm时,矫顽力最低。另外,通过一系列硬磁层掺C的[L1_0-FePt/C]_(10)/Fe5 nm多层膜中发现,掺入适当的C后,不但降低薄膜的矫顽力,而且可以改善晶粒间的相互作用,提高信噪比。     

C掺杂对L1_0-FePt/Fe交换耦合复合薄膜磁性的影响

采用磁控溅射的方法制备了L1_0-FePt/[Fe/C]_n薄膜,并与L1_0-FePt/Fe双层膜磁性能进行了对比。结果表明,当[Fe/C]_n周期数固定时,薄膜的矫顽力随C层厚度的增大呈先减小后增大的趋势,C层厚度为1 nm时,矫顽力最低。另外,通过一系列硬磁层掺C的[L1_0-FePt/C]_(10)/Fe5 nm多层膜中发现,掺入适当的C后,不但降低薄膜的矫顽力,而且可以改善晶粒间的相互作用,提高信噪比。     

L1_0-FePt/Fe交换耦合多层梯度膜的微磁学模拟

以微磁学理论为基础,详细研究了磁晶各向异性梯度变化对L10-Fe Pt/Fe交换耦合多层梯度膜磁性能的影响。结果显示,随着梯度跨度增大,矫顽力和剩余磁化强度逐渐减小。适当低的矫顽力使磁头容易记录信息,但大幅度降低的剩余磁化强度不利于磁头读取信息。通过在L10-Fe Pt/Fe交换耦合多层梯度膜上覆盖一层2.5nm的L10-Fe Pt硬磁层后,矫顽力基本不变,但剩余磁化强度大幅度提高,解决了磁头读写信息的矛盾。此结论对实验制备交换耦合类梯度介质具有一定的指导作用。     

SmCo_5/Co纳米复合多层膜的成核场

由于交换耦合纳米复合多层膜体系同时拥有硬磁相的高矫顽力和软磁相的高剩磁的优点,因此引起了业界的广泛关注。该文运用微磁学方法,并采用计算机进行模拟,系统地研究了交换耦合SmCo_5/Co多层膜体系退磁中的磁化反转过程,得到了纳米复合多层膜体系的成核场。研究发现交换耦合SmCo_5/Co多层膜体系成核场H_N随硬磁相厚度L~h和软磁相厚度L~s变化而变化的规律,成核场随软磁相厚度的增大而减小,随硬磁相厚度的增大而增大;当软、硬磁相厚度同时增大时,成核场受到的影响会变小;当硬磁相厚度L~h5nm时,软磁相对成核场起主导作用而硬磁相对成核场的影响可以忽略不计。     

SmCo/FeCo/SmCo三层膜中的剩磁增强效应

系统地研究了磁控溅射制备的Sm22Co78/Fe65Co35/Sm22Co78三层膜系统中，当软磁相的体积分数一定时，矫顽力和剩磁比随FeCo软磁层厚度（d)的变化，所有样品的磁滞回线均为单一硬磁相特征：说明FeCo软磁层与SmCo硬磁层之间的交换相互作用，使两相很好地复合在一起。当软磁相的体积分数为15％，20％，30％的情况下，矫顽力随d的变化都出现峰值，而剩磁比则单调增加，当体积分数为50％时，矫顽力随d的增加滑有峰值，但剩磁比还是单调增加，随着软磁体积分数的增加，矫顽力峰值及峰值位置都是单调减少。     

不同退火时间对[Ag/FePt]_(10)多层膜磁性能和微结构的影响

采用射频磁控溅射的方法,在玻璃基片上制备了不同Ag层厚度的[Ag/FePt 2nm]10多层薄膜,经550℃真空热处理后,得到L10有序结构的FePt薄膜.实验结果显示,FePt单层薄膜经550℃退火30min后其易磁化轴处于垂直方向和面内方向之间,而550℃退火60min后其易磁化轴处于垂直于膜面方向,垂直矫顽力和面内矫顽力分别为634和302kA/m;真空退火后[Ag/FePt]10多层膜表现为面内磁晶各向异性,550℃退火60min后[Ag 2.8nm/FePt 2nm]10多层薄膜垂直矫顽力和面内矫顽力分别为309和778kA/m,并且随着Ag层的加入,部分FePt颗粒已经被Ag原子隔开了,颗粒之间的交换耦合作用变弱了.     

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。     

NiO/CoFe双层膜的交换机制研究

通过改变制备NiO薄膜的氩气压和衬底材料,研究了NiO的结构、表面粗糙度对NiO/CoFe双层膜交换耦合场Hex的影响.实验表明完全自旋未补偿面与交换耦合场的产生没有直接联系,但交换耦合场Hex与界面状况密切相关.增大NiO的表面粗糙度会使交换耦合场Hex减小.应用随机场理论在考虑了实际界面存在的粗造度、杂质和缺陷等实际情况下,正确地预测了交换耦合场的数量级,而且对交换耦合场与铁磁层厚度tFM、反铁磁层厚度tAFM以及交换耦合场的温度特性等实验结果做出了合理解释.并应用随机场模型对反铁磁/铁磁双层膜中铁磁层矫顽力Hc与铁磁层厚度tFM的关系进行了定量计算,发现矫顽力Hc与铁磁层厚度1/tFM成正比,这一结果表明理论计算与我们的实验数据符合得很好.     

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。     

退火温度对Nd2Fel4B／α—Fe磁性多层膜中相形成的影响

通过TEM和HRTEM对比研究了软磁层厚度为2．5nm的Nd2Fe14B／α—Fe型多层膜的显微结构．结果表明，在退火前的多层膜中Fe层为多晶，硬磁相以非晶的状态存在；在600℃以上退火后软磁层消失，生成的Nd2Fe14B型相被固定在硬磁层内；625℃退火后发现有Nd2Fe17相在硬磁层中析出，表明在多层膜退火过程中，退火温度对相转变的影响比退火时间的影响更大．Nd2Fe17相的析出可能是高温退火后磁性能下降的主要原因．     

退火温度对Nd2Fe14B/α-Fe磁性多层膜中相形成的影响

通过TEM和HRTEM对比研究了软磁层厚度为2.5 nm的Nd2Fel4B/α-Fe型多层膜的显微结构.结果表明,在退火前的多层膜中Fe层为多晶,硬磁相以非晶的状态存在;在600℃以上退火后软磁层消失,生成的Nd2Fel4B型相被固定在硬磁层内;625℃退火后发现有Nd2Fel7相在硬磁层中析出,表明在多层膜退火过程中,退火温度对相转变的影响比退火时间的影响更大.Nd2Fel7相的析出可能是高温退火后磁性能下降的主要原因.     

TbFe/Fe交换耦合磁致伸缩多层膜的制备

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。     

纳米级FePt/Fe多层膜中微结构的优化与耦合效应

本文用磁控溅射法制备了一系列不同厚度Fe层的FePt/Fe多层膜,经过热处理后成功地制备出具有fct结构的FePt有序相和exchange-spring型永磁体.研究了不同热处理条件下多种膜层厚度与FePt/Fe多层膜结构、磁性及其内在关系,并探讨了FePt/Fe多层膜铁中的磁耦合失效问题.观察了不同热处理条件和层厚的FePt/Fe多层膜的结构变化过程,包括结构相变、有序度和晶粒度.研究了其磁性能随结构变化的规律,发现了耦合失效的模式.     

添加AlN对FePt薄膜结构和磁性的影响

采用射频磁控溅射制备了FePt(50nm)和[FePt(2,3,5nm)/AlN(1nm)]n膜,之后在550℃退火30min,研究了周期数(n)和AlN含量对[FePt/AlN]_n系列多层膜结构及磁性的影响.结果表明,多层膜的矫顽力和矩形比均在n=8时出现较大值;周期数的增大会引起晶粒尺寸的长大;AlN的加入不但可以抑制FePt粒子的长大,使晶粒体积(V_grain)和磁激活体积(V*)趋于一致,而且还能有效地降低晶粒间交换耦合作用,并且AlN含量越大,晶粒间交换耦合作用的程度越弱.     

激光加热退火处理对NiMn基磁性薄膜交换偏置场的影响

通过激光加热对Ni81Fe19(15 nm)/Ni45Mn55(x nm)磁性双层膜进行快速退火处理,系统研究了激光辐照参数对交换偏置场(Hex)大小的影响。结果表明,激光的能量密度强烈影响双层膜交换偏置效应,并存在一个能量密度的阈值(约为150mJ/cm2),此时磁性双层膜能够产生较明显的交换偏置现象。磁性双层膜的Hex随着能量密度的进一步增加逐渐变大,但随后减小直至完全消失。当NiMn层厚度为25nm时,经激光加热退火处理后双层膜的Hex最大值约为26.2kA/m,略大于常规退火后的Hex值(22.3kA/m)。     

淀积磁场对NiO／Ni81Fe19双层膜特性的影响

用射频磁控溅射法在外磁场中淀积 Ｎｉ Ｏ／ Ｎｉ８１ Ｆｅ１９ 双层膜, 利用淀积磁场（ Ｈｄｅ） 诱导易轴并确定交换耦合场方向． 研究了淀积磁场对 Ｎｉ Ｏ／ Ｎｉ Ｆｅ 双层膜特性的影响, 结果表明, 淀积磁场改善了双层膜的磁滞回线的矩形度, 减小矫顽力, 增强交换耦合作用． 反铁磁性层 Ｎｉ Ｏ 和铁磁性层 Ｎｉ Ｆｅ 的厚度对矫顽力和交换耦合作用有很大的影响． 在５６ｋ Ａ／ｍ 的磁场中制备的 Ｎｉ Ｏ （５０ｎｍ） ／ Ｎｉ Ｆｅ （２５ｎｍ） 双层膜的易轴矫顽力 Ｈ Ｃ为１ ． ９ｋ Ａ／ｍ , 交换耦合场 Ｈ Ｅ Ｘ为２ ． ６ｋ Ａ／ｍ , 临界温度 Ｔｃ 为１５０ ℃, 截止温度 Ｔ Ｂ为２３０ ℃