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铁磁/反铁磁双层膜中矫顽力及磁性多层膜中垂直磁各向异性的研究

单荣  
【摘要】:在信息时代中,数据存储是信息处理的重要一环,而磁记录存储又是数据存储的最主要的方式。据统计,在新产生的信息中,有92%是用磁记录方式存储的,而其中大部分又是由硬盘记录存储的。交换偏置现象是硬盘磁头和磁随机存储器(MRAM)基本构件的物理基础之一,近几十年中,人们对它进行了广泛研究,但至今仍有一些问题不清楚;具有高垂直磁各向异性和矫顽力的磁记录材料也是下一代硬盘记录技术的必然要求,发达国家正在对其进行积极研发。在本论文里,我们的工作主要在这两个方向上进行了研究。 在本论文中,主要包含三个内容: 第一,我们研究了Co_(20)Ni_(80)/FeMn和Co_(80)Cr_(20)/FeMn双层膜系列的交换偏置现象。在已知的报道中,首次发现在反铁磁/铁磁双层膜中,反铁磁层对铁磁层的钉扎会导致其矫顽力下降。在上述的两个样品中CoNi和CoCr分别是单相结构和颗粒膜结构。在这两种双层膜中,交换偏置场的大小都与铁磁层厚度呈反比。对于CoNi/FeMn双层膜,矫顽力和单轴各向异性场相等,并且都与铁磁层厚度呈反比关系。CoNi层是单相的连续结构,研究表明它的反磁化过程可以用一致转动来描述,矫顽力增强可以用一种单轴各向异性模型来解释。然而,CoCr/FeMn双层膜中矫顽力的特征与CoNi等单相系列不同:首先,它的矫顽力与单轴各向异性场并不相等;其次,它的矫顽力随铁磁层厚度的增加而增加;最后,与相同厚度的单层CoCr膜相比,它的矫顽力是减小而不是增加。结果显示CoCr/FeMn双层膜的磁化翻转过程是非一致转动。这两种双层膜系列的矫顽力和磁化翻转机理的不同在于CoNi和CoCr的具有不同的微结构。我们的工作有助于进一步加深对铁磁/反铁磁双层膜矫顽力行为的理解。 第二,在对Tb_x(Fe_(90)Co_(10))_(100-x)(40nm)单层膜及[Tb_x(Fe_(90)Co_(10))_(100-x)(40nm)/NiO(3.3nm)]_5多层膜(其中x=17、19)研究中,我们发现比起相应的单层膜,多层膜在垂直方向上的矫顽力明显增强,并且没有产生交换偏置场。我们认为这种现象是由于在多层膜中NiO与TbFeCo在垂直于膜面的方向上存在交换耦合而导致的。由于这种耦合随温度的升高而降低,同时TbFeCo本身的矫顽力也随温度的升高而降低,在这双重因素的影响下,多层膜在垂直方向上的矫顽力随温度的升高而迅速下降。 第三,我们研究了具有超薄Pt层的Co/Pt多层膜的制备工艺。在溅射气压7.8Pa的情况下,当Co、Pt层的厚度分别为0.46nm和0.13nm时,制备的[Co/Pt]_(20)多层膜有高的矫顽力(6.7kOe)和高的垂直磁各向异性能(0.8×10~7erg/cc),


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