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外延金属超薄膜的结构与磁性调控

2020-11-28阅读(964)

外延金属超薄膜的结构与磁性调控

论文摘要

随着高密度存储的不断发展,人们对于磁学的研究热点已转移到薄膜、超薄膜等低维体系。这些体系具有很多新奇的性质,都是体材料所不具有的。而更有意义的是利用特殊的衬底（如晶格常数的改变）、特殊的生长手段,人们还可以对低维材料的性质进行调控和操纵。本人在博士期间围绕着磁性超薄膜体系新奇性质的测量、表征和调控,选择了几个比较有意义的课题,具体如下:1.我们利用原位的表面磁光克尔效应研究了Au/Fe/GaAs（001）体系中Au薄膜的覆盖效应。发现随着Au薄膜覆盖厚度的增加,该体系的克尔信号急剧降低,与公认的Zak等人的理论结果相差甚远。通过拟合实验结果发现:超薄膜Fe的磁光常数不同于体材料,其绝对值的增大是信号急剧降低的主要原因。另外我们还给出了Au作为保护层的最佳厚度为1.4nm。2.通过晶格常数连续变化的衬底调节Ni薄膜的应力,我们可以控制Ni薄膜的SRT行为。当衬底晶格常数从0.361nm连续增大至0.373nm,2ndSRT发生的位置快速大幅度前移;而1stSRT发生的位置先缓慢前移再后移,最终与2ndSRT在衬底晶格常数为0.370nm处交汇,从而使得在0.370nm-0.373nm范围内SRT消失。经实验证实,随着衬底晶格常数的增大,晶格塌缩的提前导致了2ndSRT的前移,同时也使得1stSRT向后移。通过实验数据的拟合得到:表面、界面各向异性随晶格常数的变化是1stSRT微量前移的根源。3.分子束外延生长1ML成分连续变化的CuxAu1-x薄膜在Cu（001）衬底上,得到了由薄膜应力导致的有序的纳米微结构,并研究了其随Cu含量降低的演变过程。利用原子分辨的扫描隧道显微镜对纳米线状结构进行了表征,发现该线状纳米结构是由两个原子链的原位凸起构成的。我们利用CuxAu1-x/Cu（001）作为衬底,研究了Ni薄膜的磁性。发现CuxAu1-x薄膜表面的微结构增加了Ni薄膜的界面各向异性能,从而使Ni薄膜1stSRT发生的位置后移。利用CuxAu1-x薄膜中的纳米微结构,可以实现对Ni薄膜界面各向异性能线性并且连续的调节。4.我们通过少量Cu掺杂,在Cu（001）衬底上外延生长得到了更大厚度范围内的fcc相Fe。随着Cu掺入量的增加,fcc Fe、Cu合金的奈尔温度降低;在fcc相内4ML—9ML范围,垂直磁信号的振荡依然存在。但随厚度的增加,信号无振荡出现。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 第二章 实验设备
  • 2.1 分子束外延与表面分析装置及原位磁光克尔效应谱仪的联机系 统
  • 2.2 原位磁性及表面分析包括变温扫描隧道显微镜的联机系统
  • 2.3 表面磁光克尔效应
  • 2.4 衬底处理与样品制备
  • 2.5 晶格常数的测量:RHEED Line-profile和Kinematic IV-LEED
  • 参考文献
  • 第三章 表面磁光克尔效应研究Fe/GaAs（001）表面Au的覆盖效应
  • 3.1 前言
  • 3.2 实验
  • 3.3 结果与讨论
  • 3.4 结论
  • 参考文献
  • 第四章 镍的自旋重定向转变在晶格常数梯度衬底调节下的奇异行为
  • 4.1 前言
  • 4.2 实验
  • 3Au（001）体系中Au的界面效应'>4.3 Ni/Cu3Au（001）体系中Au的界面效应
  • 4.4 纯Cu表面晶格梯度衬底上Ni的SRT行为
  • 4.5 主要结论
  • 参考文献
  • 第五章 通过应力导致的纳米结构调节磁各向异性
  • 5.1 前言
  • 5.2 实验
  • xAu1-x/Cu（001）的结构'>5.3 1ML CuxAu1-x/Cu（001）的结构
  • xAu1-x/Cu（001）表面纳米结构对Ni薄膜磁各向异性的改变'>5.4 CuxAu1-x/Cu（001）表面纳米结构对Ni薄膜磁各向异性的改变
  • 5.5 主要结论
  • 参考文献
  • xCu1-x/Cu（001）体系的结构与磁性'>第六章 FexCu1-x/Cu（001）体系的结构与磁性
  • 6.1 前言
  • 6.2 实验
  • 6.3 结果与讨论
  • 6.4 结论
  • 参考文献
  • 博士期间发表论文
  • 致谢

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