稀土过渡族合金薄膜的磁光性质和输运特性研究

论文摘要

NdFeB作为一种非常引人注目的稀土金属间化合物,它的出现使永磁材料进入了一个新的时代,也为许多行业带来了巨大的发展。而对NdFeB磁性薄膜的研究既推动了NdFeB作为永磁材料在性能上的不断完善,又有利于探究其微观构造,促进在磁光存储方面的深入发展,对于微磁器件的研发具有重大意义。本文中,用磁控溅射方法和一定的热处理工艺制备了W/NdFeB双层膜和W/NdFeB/W多层膜。在室温下,测量了不同厚度W/NdFeB/W多层膜的磁滞回线,以及不同厚度W/NdFeB双层膜在一定入射光波长范围内的磁光克尔角θk。对W/NdFeB/W多层膜来说,矫顽力随铁磁层厚度的增加呈非线性波动,而垂直膜面矫顽力与面内矫顽力的比值则随铁磁层厚度增大指数衰减;垂直各向异性随缓冲层厚度增加而增大。对W/NdFeB双层膜,垂直膜面矫顽力在铁磁层厚度为50nm左右表现为极大,通过极向磁光克尔效应测量,磁光克尔角θk-入射光波长λ的变化曲线随铁磁层厚度增加先上移后下降,在铁磁层厚度为60nm时表现出最高值。另外,TbFeCo合金薄膜因其作为稀土.过渡族磁性薄膜的许多特殊性质,也进入了我们的研究视野。一方面,在输运性质研究工作中,关于薄膜磁性质的焦耳热效应研究开展较少;另一方面,TbFeCo合金膜中稀土磁矩与过渡族磁矩反平行排列的结构导致其存在磁矩为零的补偿温度Tcomp,为研究温度对于磁性能的影响提供良好实验平台。本文在TbFeCo薄膜研究上,通过一系列对比实验了解特定成分磁性薄膜的温度特性和输运性质。用磁控溅射方法制备了不同成分比的非晶TbFeCo合金膜。采用振动样品磁强计测量其不同温度下的饱和磁化强度,并通过反常霍尔效应测量了不同成分样品在改变电流值时的矫顽力变化曲线,证实其电流效应即为焦耳热效应的反应。另外,对于富Tb与富FeCo的不同样品,测量其霍尔电阻和电阻随外加磁场的变化曲线,并通过反常霍尔效应中电子偏转的唯象分析,做出了较好的解释。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 自旋电子学
• 1.1.1 自旋电子学的兴起
• 1.1.2 自旋电子学的应用
• 1.1.2.1 磁记录读出头
• 1.1.2.2 磁随机存储器MRAM
• 1.1.2.3 磁传感器
• 1.1.2.4 磁三端器件
• 1.2 巨磁电阻效应和磁隧道效应
• 1.3 铁磁/反铁磁交换偏置
• 1.4 稀土NdFeB永磁薄膜
• 1.4.1 稀土永磁材料
• 1.4.2 磁性薄膜的分类
• 1.4.3 NdFeB薄膜的发展历史
• 1.4.4 NdFeB薄膜的应用前景
• 1.5 非晶RE-TM合金薄膜的研究现状
• 第二章 薄膜的制备及其测量
• 2.1 薄膜的制备
• 2.1.1 溅射技术
• 2.1.2 实验设备
• 2.2 膜厚的测量
• 2.2.1 石英晶体监控法
• 2.2.2 双光束干涉显微镜测厚法
• 2.2.3 α台阶仪法
• 2.3 结构的表征——X射线衍射（XRD）
• 2.4 磁学性质的测量
• 2.4.1 振动样品磁强计
• 2.4.2 磁光克尔效应仪（MOKE）
• 2.4.3 反常霍尔效应
• 2.5 成分的测定——X射线光电子能谱分析（XPS）
• 2.6 小结
• 第三章 NdFeB/W双层膜的结构与磁光性质
• 2Fe₁₄B的晶相结构'>3.1 Nd₂Fe₁₄B的晶相结构
• 3.2 样品的制备
• 3.3 样品的测量
• 3.4 实验结果和分析
• 3.5 小结
• 第四章 非晶TbFeCo合金的温度特性和输运性质
• 4.1 背景介绍
• 4.2 样品的制备
• 4.3 样品的测量
• 4.4 实验结果和分析
• 4.5 小结
• 参考文献
• 致谢