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《中国科学院大学(中国科学院物理研究所)》 2017年
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Syed Sheraz Ahmad  
【摘要】:从基础磁学和技术应用的角度来说,通过改变薄膜的表面界面结构来调控它的的磁性是一个非常有趣的课题。我们系统的研究了Co/MgO(001)体系中,利用分子束外延设备斜入射生长诱导的磁各向异性,斜入射与表面法向的夹角分别设置为0°,30°,45°,60°和75°。利用低能电子衍射、表面磁光克尔效应和各向异性磁电阻的方法,我们研究了 Co薄膜的磁性。通过拟合各向异性磁电阻得到的磁转矩曲线,我们得到了面内单轴磁各向异性常数K_u和四重磁各向异性常数K_1。我们发现K_u随着斜入射的角度的增加而增加,而K_1与斜入射角度没有明显的依赖关系。并且,我们进一步用磁光克尔效应难轴拟合得到了单轴磁各向异性常数。对比两种测量方法,每个样品通过一致转动模型得到的各向异性数值都基本一致。我们制备了 Co/Cu/MgO(001)多层膜,Co薄膜的厚度固定为5 nm,样品中Cu缓冲层的厚度分别为0 nm,5 nm,10 nm和20 nm。薄膜晶体结构、磁性和输运行为分别利用低能电子衍射、磁光克尔效应和各向异性磁电阻的测量方法来研究。通过对比没有Cu缓冲层的样品,我们发现Cu缓冲层会极大影响Co薄膜的磁各向异性。当增加Cu缓冲层的厚度到20nm,Co薄膜的磁对称性会由两重变为四重。与此同时,Co薄膜的易轴方向的矫顽力也有没有缓冲层时的49 Oe增加到有20 nm缓冲层的300 Oe。并且,各向异性磁电阻磁转矩拟合得到的磁各向异性与磁光克尔效应方法得到的一致。在MgO(001)衬底上制备了不同初始厚度的Fe薄膜,能量为3 keV的Ar~+束斜入射轰击到Fe薄膜上,斜入射与薄膜法向的夹角为80°。我们用低能电子衍射来研究薄膜的形貌和结晶质量。并且,磁光克尔效应和各向异性磁电阻被用来研究Fe薄膜的磁性。磁晶各向异性常数K_1和斜轰诱导的单轴磁各向异性常数K_u是通过磁转矩拟合得到。K_u的数值随着轰击时间的则让你更加而增加,而K_1却不受影响。同样的,通过增加初始Fe薄膜厚度,我们也发现K_1增加而K_u几乎保持不变。我们注意到离子束轰击能够作为一个非常有效的手段来调控铁磁超薄膜的磁性。
【关键词】:
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院物理研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O484.43
【目录】:
  • Acknowledgements3-4
  • Dedication4-5
  • Abstract5-7
  • 摘要7-11
  • Chapter 1 Introduction11-41
  • 1.1. Magnetism (over view)11-12
  • 1.2. Origins of Magnetic Moment12-13
  • 1.3. Types of Magnetism13-16
  • 1.3.1. Diamagnetism13-14
  • 1.3.2. Paramagnetism14-15
  • 1.3.3. Ferromagnetism15
  • 1.3.4. Antiferromagnetism15-16
  • 1.4. Magnetic Domains16-19
  • 1.5. Magnetic Anisotropy19-25
  • 1.5.1. Magnetocrystalline Anisotropy20-22
  • 1.5.2. Shape Anisotropy22-23
  • 1.5.3. Surface/interface anisotropy23-24
  • 1.5.4. Magneto-elastic anisotropy24-25
  • 1.6. Measurement of Magnetic An isotropy25-32
  • 1.6.1. Torque Curves Method25-29
  • 1.6.2. Magnetization Curve29-32
  • 1.6.2.1. Fitting of Magnetization Curve29-31
  • 1.6.2.2. Area Method31-32
  • 1.7. Thin Film32-34
  • 1.8. Applications of thin films34-35
  • 1.8.1. Electronic Components34
  • 1.8.2. Optical Coatings34-35
  • 1.8.3. Magnetic Films for Data Storage35
  • 1.8.4. Hard Surface Coatings35
  • 1.8.5. Photovoltaic35
  • 1.9. Thin Film Growth35-37
  • 1.10. Thin Film Deposition techniques37-39
  • 1.10.1. Physical Vapor Deposition (PVD)38-39
  • 1.10.2. Chemical Vapor Deposition (CVD)39
  • 1.11. Goals and Objective39-41
  • Chapter 2 Experimental Techniques41-53
  • 2.1. Molecular Beam Epitaxy (MBE)41-44
  • 2.2. Reflection High Energy Electron Diffraction (RHEED)44-45
  • 2.3. Low energy electron diffraction (LEED)45-47
  • 2.4. Magnetic Optic Kerr Effect (MOKE)47-50
  • 2.4.1. Physical Explanation of MOKE47-48
  • 2.4.2. MOKE Configurations48-49
  • 2.4.3. Polar MOKE49
  • 2.4.4. Longitudinal MOKE49-50
  • 2.4.5. Transverse MOKE50
  • 2.5. Magnetoresistance50-53
  • 2.5.1. Anisotropic Magneto Resistance51-53
  • Chapter 3 Manipulating magnetic anisotropies of Co/MgO(001) ultrathin films via oblique deposition53-63
  • 3.1. Background53-54
  • 3.2. Experimental Details54-55
  • 3.3. Results and discussions55-62
  • 3.4. Conclusion62-63
  • Chapter 4 Effect of Cu buffer layer on magnetic anisotropy of cobalt thin films deposited on MgO (001) substrate63-74
  • 4.1. Introduction63-65
  • 4.2. Experimental Details65
  • 4.3. Result and Discussion65-72
  • 4.4. Conclusion72-74
  • Chapter 5 Effect of Ar~+ beam sputtering on the magnetic anisotropy of Fe thin films deposited on the MgO(001) substrate74-83
  • 5.1 Introduction74-75
  • 5.2. Experimental Details75-76
  • 5.3. Results and Discussions76-82
  • 5.4. Conclusion82-83
  • Chapter 6 Conclusions and Future Perspectives83-85
  • References85-94
  • List of Publications94-96
  • Conferences and seminars96
  • Awards96-97

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