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《湖北大学》 2017年
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尖晶石铁氧体NiFe_2O_4外延薄膜磁各向异性研究

梅之恒  
【摘要】:随着科学技术的不断进步,人们对电子器件的需求越来越多样化,小型化、低功耗、环保节能等一系列功能成为电子器件的重要指标,从而促使人们从体材料的研究慢慢转变成为对低维磁性材料的研究。磁性材料的磁各向异性对于器件的应用是非常重要的。因此为了深入的研究应变诱导薄膜的磁各向异性,本文采用脉冲激光沉积法(PLD)制备了高质量外延NiFe_2O_4(NFO)薄膜,研究了不同取向NFO薄膜的磁各向异性,并通过应变效应调控其磁各向异性。取得的主要实验结果如下:1、采用PLD法在(001)取向的STO单晶衬底上制备了尖晶石结构的NFO薄膜,通过改变薄膜沉积的工艺参数,确定了最佳工艺参数如下:衬底温度700℃、氧压15 Pa、靶基距60 mm、激光频率5 Hz、激光能量270 m J、退火温度800℃。XRD衍射分析表明,薄膜沿(001)晶面族外延生长,衍射峰半高宽窄,结晶度良好。AFM和XRR的结果表明薄膜表面平整,表面粗糙度小,晶粒大小均匀。磁学测试结果表明薄膜在室温下具有良好的铁磁性。2、采用PLD最优化工艺,在不同取向的STO单晶衬底上制备了(001)、(110)、(111)取向的外延NFO薄膜。XRD衍射图谱表明,三种不同取向STO单晶衬底上生长的NFO薄膜都是沿着衬底外延生长。AFM和XRR的结果表明薄膜表面光滑平整,薄膜厚度为50 nm。结合XRD和TEM结果计算了三种不同取向薄膜的应变,应变的结果与RSMs一致。通过对三种外延薄膜的面内与面外磁滞回线的测量发现,薄膜的磁化状态与其应变状态有很强的依赖关系。不同取向的衬底导致薄膜产生的应变从面内压缩应变转变为面内拉伸应变,且易磁化轴从面内转向面外。同时,不同的应变状态影响磁各向异性的强度和饱和磁化强度。3、利用薄膜与单晶衬底间的晶格失配,调控薄膜的应变状态从而调控NFO的磁各向异性。采用PLD最优化工艺,在相同取向(001)的STO、MgAl_2O_4(MAO)、MgO的单晶衬底上制备了NFO薄膜。XRD衍射分析表明,三种不同取向衬底上生长的NFO薄膜都是沿着衬底外延生长,结晶良好。AFM和XRR的测试结果表明,薄膜表面光滑平整,厚度为30 nm。结合XRD和RSMs图谱分析了三种同种取向衬底上生长的薄膜应变状态。通过测试三种样品室温下的磁滞回线,面内与面外方向上表现出很强的磁各向异性。通过分析发现,薄膜的面内应变从压缩应变变化为拉伸应变时,易磁化轴从面内转变成面外。上述实验结果不仅能更好的理解磁各向异性,而且为调控易磁化轴提供了新的实验思路。
【学位授予单位】:湖北大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TB383.2

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