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《西南大学》 2011年
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FePt基薄膜的结构与磁性

向晖  
【摘要】:具有面心四方结构的L10有序化FePt合金具有极高的单轴磁晶各向异性能Ku(-7×107erg/cc),并且化学性质稳定,在开发高密度垂直磁记录介质、垂直磁性隧道结等方面具有潜在的应用前景。应用中,自然生长的磁性颗粒存在颗粒尺寸不均、形状不规则及排列无序等问题。用微加工法制做人工阵列是解决问题的途径之一,但前提是要获得优质连续的薄膜。FePt合金形成L10相需要高温热处理,往往会破坏薄膜的连续。本文通过控制生长条件和热处理环境制备出高质量的连续L10-FePt薄膜。磁力显微镜已经成为获取亚微米尺度微粒子内部磁畴结构信息的有力工具。本文研究了FePt合金用于制作磁力显微镜的高性能磁各向同性探针所需要的Fe、Pt最佳原子比。在FePt合金中掺入少量Ag,有利于降低形成Z10-FePt合金的有序化温度。但是有关相分离的研究,还不充分。本文在FePt中掺入大量的Ag,形成FePt-Ag多层膜,经过高温热处理后,分析样品在磁性、表面形貌、晶体结构等方面的性质。 用磁控溅射法在加热到400℃的MgO(001)单晶基片上沉积了总厚度为25 nm的[Fe(0.6nm)/Fe30.5Pt69.5(1.9 nm)]10多层连续薄膜,总成分配比为Fe50Pt50。然后对其在[500,900]℃温度范围进行真空热处理,分析了热处理温度对薄膜表面形貌、晶体结构以及磁特性的影响。结果表明,在加热基片上生长的FePt薄膜,层间已经发生扩散,但形成的是无序的Al相。经过700℃以上的高温热处理,薄膜转变为具有(001)织构的L10相,易磁化轴沿垂直于膜面的方向,有序度大于0.85,单轴磁晶各向异性能约2.7×107 erg/cc。利用扩散后残存的周期性微弱成分起伏,可以使薄膜在800℃以下保持形貌连续。用原子力显微镜对薄膜表面进行观察证实,在780℃进行热处理,薄膜的表面最平整。这种优质的连续薄膜可以应用于微加工制作超高密度垂直磁记录阵列介质。 用电子束蒸发沉积法在加热到100℃的MgO(001)基板上生长了50 nm厚的FexPt100-x取向薄膜,原子比成分范围为x=[10,85]。在500℃进行保温2 h的原位热处理后,分析样品的结构和沿不同晶向施加磁场时的磁性行为。结果表明,随着x的增加,易磁化轴的方向在沿平行于膜面方向和垂直于膜面方向之间反复变化,取决于内秉的磁晶各向异性与外秉的形状各向异性之间的竞争。当x=60时,由于薄膜发生不完全的A1→L10相转变,形成了A1软磁相与L10硬磁相的复合体,样品沿平行和垂直于膜面方向磁化的矫顽力都达到5 kOe以上沿膜面方向磁化时,矫顽力高于软磁相的磁晶各向异性场,并且正负向磁化的剩余磁化强度明显不相等。采用三磁畴软磁相模型,结合硬磁/软磁交换耦合作用,对此进行了解释。这种硬磁/软磁复合材料适合于用来制作磁力显微镜的各向同性高矫顽力探针。 用磁控溅射法在加热到100℃的石英基片上依次沉积5 nm的MgO下底层和[FePt(dnm)/Ag(3 nm)]n多层膜,d=1,2,3,4;n=9,5,3,2;d×n≈9.对样品在600℃进行30 min的热处理后,所有样品的面内和垂直矫顽力均在10 kOe左右。MgO下底层能够诱导FePt取向生长,形成(001)织构和(100)织构共存的L10相。当d≤2时,薄膜发生明显的相分离。相分离有助于减小FePt颗粒的尺寸。
【学位授予单位】:西南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:O484

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【参考文献】
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