论文题目: 磁性纳米颗粒薄膜的微观结构、磁性质和输运特性
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料物理与化学
作者: 米文博
导师: 白海力
关键词: 磁性纳米颗粒薄膜,矫顽力,模型,畴壁位移模型,半金属,隧道型磁电阻,巨霍尔效应
文献来源: 天津大学
发表年度: 2005
论文摘要: 铁磁性金属纳米颗粒薄膜系统中存在的巨磁电阻效应、巨霍尔效应、高矫顽力效应等新特性,使其在磁性传感器件、高密度记录介质、读出磁头和磁性随机存取存储器等研究领域具有广阔的应用前景。目前,具有面心四方结构的L10-FePt材料、半金属材料和铁磁性金属–半导体复合材料是凝聚态物理和材料科学领域的研究热点。本论文用磁控溅射法制备了软铁磁性金属-碳基（Fe-C, Co-C, FeN-CN）、硬铁磁性金属-碳基（FePt-C, FePtCu-C, FePtN-CN）、半金属-半导体基（Fe3O4-Ge）和铁磁性金属-半导体基（Fe-Ge）系列纳米颗粒薄膜,对它们的化学成份、微观结构、磁性质和输运特性进行了系统研究。通过对软铁磁性金属-碳基（Co, Fe, FeN）–C（N）颗粒薄膜的研究,发现在颗粒薄膜中,颗粒与母体间的相分离、颗粒尺寸和颗粒间的相互作用决定样品的磁性质和磁化机制。当相分离较好、颗粒间相互作用较小时,样品的矫顽力较大,并且磁化机制为单畴磁矩转动。反之,样品矫顽力较小,磁化机制为畴壁位移。用磁力显微镜直接观察到了Fe-C系统中的磁逾渗现象,为阐明颗粒间磁相互作用的变化提供了直接证据。在电子束辐照的Co-C颗粒薄膜中,观察到了Co颗粒对非晶C转变为石墨化的碳纳米结构（纳米线和纳米针）的催化作用。通过对硬铁磁性金属-碳基（FePt-C, FePtCu-C, FePtN-CN）颗粒薄膜的研究,发现适量的Cu掺杂可以促进L10-FePt合金的形成,而过量的Cu显著抑制L10-FePt相的形成。特别地,我们还发现N掺杂样品在退火过程中N的溢出和Fe-N键的断裂,可以促进L10相的形成,提高FePt合金的有序度;同时,高氮气分压可以有效控制FePt颗粒尺寸,有利于FePt颗粒薄膜在高密度磁记录介质方面的应用。通过对多晶Fe3O4薄膜、（Fe, Fe3O4）–Ge颗粒薄膜的研究,发现多晶Fe3O4薄膜的导电机制为隧穿导电。Fe3O4晶粒表面（界面）磁矩的取向对磁化强度贡献很小,但在高场下,晶粒表面（界面）磁矩的排列会导致磁电阻发生很大的变化,这就是Fe3O4薄膜材料中磁电阻随外加磁场呈现弱饱和现象的物理机制。在FexGe1–x颗粒薄膜中发现当x=0.5时,霍尔电阻率ρxy最大（126μ- cm）,为纯Fe膜的139倍;在±10 kOe的磁场范围内,ρxy随磁场呈线性变化关系,并且在2–300 K温度范围内,直线斜率保持不变。这一特点使Fe-Ge颗粒薄膜在微电子学器件中的实际应用具有了可能性。
论文目录:
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第一章 综述
1.1 铁磁性金属颗粒薄膜的研究现状
1.1.1 铁磁性金属?碳基颗粒薄膜
1.1.2 铁磁性金属?非磁性金属基颗粒薄膜
1.1.3 铁磁性金属?绝缘体基颗粒薄膜
1.1.4 铁磁性半金属（颗粒）薄膜
1.2 理论背景
1.2.1 颗粒薄膜中的超顺磁性理论
1.2.2 单畴颗粒系统中的Stoner–Wohlfarth 模型
1.2.3 磁性金属、半金属颗粒薄膜中的TMR 理论
1.3 本论文的工作
第二章 样品制备、结构表征与物性测量
2.1 铁磁性金属?碳基颗粒薄膜的制备
2.1.1 对向靶直流磁控溅射原理
2.1.2 薄膜的沉积
2.1.3 样品退火处理
2.2 (Fe, Fe_3O_4)-Ge 颗粒薄膜的制备
2.3 结构表征、磁性和输运特性测量
2.3.1 表面形貌和薄膜厚度测量
2.3.2 成份分析
2.3.3 结构表征
2.3.4 低温技术和输运特性测量
2.3.5 磁性测量
第三章 (Fe, Co, FeN)-C(N) 颗粒薄膜的微观结构和磁性质
3.1 Fe-C颗粒薄膜的形貌、微观结构和磁性质
3.1.1 Fe-C 颗粒薄膜的形貌和微观结构
3.1.2 Fe-C 颗粒薄膜的磁性质
3.2 Co-C 颗粒薄膜的形貌、微观结构和磁性质
3.2.1 Co-C 颗粒薄膜的表面形貌和微观结构
3.2.2 Co-C 颗粒薄膜的磁性质
3.3 FeN-CN 颗粒薄膜的微观结构和磁性质
3.3.1 FeN-CN 颗粒薄膜的微观结构
3.3.2 FeN-CN 颗粒薄膜的磁性质
3.4 本章小结
第四章 FePt(Cu, N)-C(N) 颗粒薄膜的微观结构和磁性质
4.1 FePt 薄膜的成份、微观结构和磁性质
4.1.1 FePt 薄膜的成份和微观结构
4.1.2 FePt 薄膜的磁性质
4.2 FePt-C 颗粒薄膜的微观结构和磁性质
4.2.1 FePt-C 颗粒薄膜的微观结构
4.2.2 FePt-C 颗粒薄膜的磁性质
4.3 FePtCu-C颗粒薄膜的微观结构和磁性质
4.3.1 FePtCu-C 颗粒薄膜的微观结构
4.3.2 FePtCu-C 颗粒薄膜的磁性质
4.4 FePtN-CN 颗粒薄膜的微观结构和磁性质
4.4.1 FePtN-CN颗粒薄膜的微观结构
4.4.2 FePtN-CN颗粒薄膜的磁性质
4.5 本章小节
第五章 Fe_3O_4和Fe_3O_4-Ge、Fe-Ge 颗粒薄膜的微观结构、磁性质和输运特性
5.1 Fe_3O_4 多晶薄膜的微观结构、磁性质和输运特性
5.1.1 Fe_3O_4 多晶薄膜的成份和微观结构
5.1.2 Fe_3O_4 多晶薄膜的磁性质
5.1.3 Fe_3O_4 多晶薄膜的输运特性
5.1.4 过氧化和欠氧化对Fe_3O_4 多晶薄膜的输运特性的影响
5.2 Fe_3O_4 多晶粉末的微观结构、磁性质和输运特性
5.2.1 Fe_3O_4 多晶粉末的微观结构
5.2.2 Fe_3O_4 多晶粉末的磁性质
5.3 Fe_3O_4-Ge 颗粒薄膜的微观结构、磁性质和输运特性
5.3.1 Fe_3O_4-Ge 颗粒薄膜的成份和微观结构
5.3.2 Fe_3O_4-Ge 颗粒薄膜的磁性质
5.3.3 Fe_3O_4-Ge 颗粒薄膜的输运特性
5.4 Fe-Ge 颗粒薄膜的微观结构、磁性质和输运特性
5.4.1 Fe-Ge颗粒薄膜的成份和微观结构
5.4.2 Fe-Ge颗粒薄膜的磁性质
5.4.3 Fe-Ge颗粒薄膜的输运特性
5.5 本章小结
第六章 结论
参考文献
攻读学位期间完成的学术论文
致谢
发布时间: 2007-07-10
参考文献
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