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《清华大学》 2009年
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磁性纳米结构的定量磁力显微研究

钟海  
【摘要】: 磁性纳米结构通常会表现出独特的磁特性,这使得它们极有可能会作为下一代纳米磁学和自旋电子学器件来被使用。对磁性纳米结构独特磁特性的研究,必须从分析它们的精细磁畴结构开始。磁力显微镜(MFM)是在实空间中观察磁性材料表面微磁结构的重要实验手段。然而,目前对纳米结构中精细磁畴结构的高分辨定量表征仍是一个技术挑战,非常需要发展和改进定量化的高分辨MFM方法。本文选择典型硬磁和软磁材料体系的纳米单元阵列作为主要研究对象,通过改进和发展非接触式MFM的实验技术,并结合微磁学理论计算,对磁性纳米单元的内部精细微磁结构进行了定量的高分辨MFM研究。 在改进非接触式MFM技术方面,发展了利用零磁力梯度区域的频移-距离曲线精确控制针尖扫描高度的新方法。结合非原位针尖磁化反转技术,在非接触式MFM图像中实现了磁信号和形貌信号的分离。这些方法在水平磁记录介质中都获得了成功地应用。 通过对L1_0-FePt三棱柱形纳米点的高分辨MFM表征和对纳米点MFM图像的静磁学模拟,发现在这些纳米点中单畴态和双畴态是共存的。L1_0-FePt纳米点磁畴结构的微磁学模拟表明,纳米点阵的磁畴多样性可能是由于不同纳米点之间存在磁各向异性差异造成的。 通过高分辨MFM实验,发现在形状奇特的双圆盘“花生形”薄膜单元中存在磁涡旋结构,并且磁涡旋核存在一定程度的偏心性,同时MFM的某些轮廓线信号表现出了一定程度的不对称性。微磁学对Ni_(80)Fe_(20)薄膜单元精细微磁结构的定量计算结果,验证了MFM实验中观察到的现象,并暗示轮廓线信号的不对称是由形状不对称导致的退磁场分布不对称造成的。同时,将微磁学计算和MFM响应理论进行结合,实现了对磁涡旋径向精细结构的定量MFM计算,并且计算结果与实验测量符合得很好。 提出了一种在MFM中有可能实现的测量亚微米或更小尺度局域动态磁特性的实验方法,并尝试性地将它应用到了垂直磁化Pt/Co/Pt/IrMn多层膜体系的研究中,观察到了不均匀局域交换偏置效应等一系列有趣的实验现象,为研究交换偏置材料的微观物理机制提供了新的实验手段。
【学位授予单位】:清华大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TB383.1

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【参考文献】
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