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《首都师范大学》 2001年
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插Si层的Pt/Co多层膜的结构、磁性和磁光特性的研究

刘洪  
【摘要】: Pt/Co多层膜具有较大的垂直各向异性能、较高的矫顽力、良好的磁滞回线矩形比、 短波段较大的Kerr转角,因此很有潜力成为第二代磁光盘的记录材料。近几十年的研 究,人们一方面不断摸索和提高其制备工艺,探索其实际应用的可能性,另一方面探 讨垂直各向异性的微观起源及磁光等一些基础物理机制问题。一般认为Pt/Co多层膜的 磁性和磁光特性与Pt/Co界面的物理性质有密切的关系:Pt/Co多层膜的MOKE增强源于 界面处被Co层极化Pt原子的强自旋轨道耦合。垂直磁各向异性起源于主要有以下几 个方面:Neel的对称性破缺模型,由于晶格不匹配及制备过程中产生的应力模型,晶 体自身的晶格各向异性,以及电子的能带结构理论等。G.A.Bertero提出(Pt/Co/Pt) 可以作为一个结构单元,当和一些金属元素,构成Pt/Co/Pt/X(X=Ag,Pd,Cu,Ni)多 层膜时,其垂直磁各向异性较Co/X多层膜有显著增强。其中,Pt/Co/Pt/Pd较纯Pt/Co 多层膜有更大的垂直各向异性。Shun对Pt/Co/Pt/Ni多层膜系统的研究,获得了较低 的居里温度,蓝光波段的Kerr增强,以及与纯Pt/Co相比拟的磁和磁光特性。 同时在多层膜层间耦合的机制研究中,Fe/Si/Fe、TeFe/Si~]等多层膜体系中,随Si 层厚度的变化或外界温度的变化,磁性层间的耦合作用呈现铁磁(d_(Si)<14A)和反铁 磁(14A<d_(Si)<22A)的转变。实验表明,层间耦合的作用和非晶的半导体中间层密 切相关。在利用电子自旋的一些器件中,已经开始考虑应用FM/Semiconductor体系中 的自旋极化输运特性。近来有文献报道,在生长Pt-Co合金时,同时生长少量的Si可 调节生长过中Pt及Co原子的移动,从而提高Pt-Co合金的PMA。溅射的Pt/Co多层膜 的衬底由普通的晶体元素换成几个A的非晶元素,诸如ITO或Si,会提高H_c和PMA等 磁性参数,降低记录信噪比。种种迹象表明,在原有的磁性多层膜里引入半导体元素, 会产生一些有趣的结果。 基于上述原因,本工作选择Si作为插层,即Pt/Co/Pt/Si多层膜体系,试图分析 Si的介入对原有多层膜结构、磁性和磁光特性的影响。 Si/Pt/Co/Pt系列多层膜样品由磁控溅射法制备。本底真空优于5×10~(-5)Pa,溅射 气体为Ar气,溅射气压为0.5Pa。在沉积45nm的Pt缓冲层上,沉积Si/Pt/Co/Pt 多层膜,其中Pt层、Co层的厚度分别固定为4.5A和2.4A。Si层的厚度从0变化 到16A。所有样品的周期为20。X大小角衍射分析样品的结构。磁性由交流梯度磁强 计(AGM)测量,有效垂直各向异性常数K_u由室温下10kOe磁场转矩法测定。用磁力 显微镜(MFM)观察退磁状态的磁畴结构。样品的磁光Kerr谱和一些光学参数由极向Kerr 谱仪和椭偏仪测得。 对其结构、磁性、磁光特性进行了系统的分析和研究后,具体结论如下: 1、随Si厚度的增加,界面处的混合逐渐加剧,直至多层膜的层状结构消失(d_(Si)>8A), 首都师范大学硕士论文 摘要 卜t与CO原子界面处的结合受到影响。 2、磁性方面:随插入h厚度的增加,界面处的原了逐渐扩散,Pt原于所受极化减弱, 因此饱和磁化强度入,有效垂直各向异性常数KU单调下降。相应的,样品的矫顽 力a也因尤的影响单调下降。 3、无论是长波段还是短波段,随h的增加,Kerr转角单调下降。微观机制上,分别 考察随h厚度的变化,备个电导张量元的变化对Kerr角变化的贡献。发现Arr。 与凸oh之间不一定是一致的关系。四个凸。。共同对凸gb起作用,无论是长波段还 是短波段没有哪一个起主导作用。这是由于插入的h是一种光学材料,通过对n、 k的改变影响o。;另一方面,St的加入加剧界面处原子的扩散,自旋极化和自旋 耦合强度降低,Ptsd带能级劈裂能力减弱,相应的,o-。减小。所以在四个电导张 量元的共同作用下,Kerr转角 oh随插层h厚度的增加而减小。
【学位授予单位】:首都师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2001
【分类号】:O484.1;O484.4

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