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3d金属薄膜的结构和磁性研究

殷立峰  
【摘要】: 随着人们对物质磁性认识的逐步深入,最近二十年磁学领域的热点转向了表面和超薄膜磁学,得益于样品制备技术和磁性表征技术的迅猛发展以及第一性原理理论计算强有力的支持,使得对人工低维体系磁性薄膜的理解逐步加深,为纳米技术中最激动人心和最有挑战性的领域:磁电子学(或称为自旋电子学)发展奠定了重要基础。 本文在以下:1.坡莫合金(permalloy)为何是软磁的机理;2.Fe/Cu(001)马氏体相变动力学过程;3.体心立方(bcc)Ni在GaAs(001)上生长机制;4.Fe在GaAs(001)磁单轴各向异性的机理等4个方面展开了研究,得到了以下结果: 1.在GaAs(001)上首次成功的外延出了体心立方(bcc)结构的Permalloy(Fe_(0.25)Ni_(0.75)),研究了它的磁性、磁光效应、居里温度和磁晶各向异性,并与自然界稳定存在的面心立方(fcc)相作了一系列对比实验。我们发现立方磁晶各向异性能(K_1)消失这个Permalloy的软磁特性跟具体晶体结构无关,只取决于化学组分,第一性原理能带计算也验证了这一实验结果,从而有助于理解为何Permalloy很软这个长期未解决的问题。 2.利用变温扫描隧道显微镜(VT-STM)原位、实时研究了fcc Fe在Cu(001)上发生马氏体相变的动力学过程,观察到了马氏体(bcc Fe)是如何成核,并且在纳米尺度上的长大过程。实验发现Cu衬底的台阶和冷却速度将很大程度上影响相变的动力学过程。 3.利用STM和LEED研究了bcc Ni在GaAs(001)上的生长模式,通过与Fe在GaAs(001)的对比实验发现:在7ML之前,Ni虽然是和Fe非常类似的3维岛状生长模式,但是形貌起伏非常小,并首次得到了清晰的LEED-(1×1)衍射点。7层之后Ni的表面形貌粗糙度变大,LEED衍射斑消失。 4.通过Fe在ⅢⅤ族半导体(GaAs(001),InAs(001))上的单轴各向异性的对比实验,发现磁单轴各向异性来自于晶格失配导致的Fe-As界面应力各向异性带来的磁弹效应,而各向异性的晶格弛豫过程也会强烈的影响磁单轴各向异性。


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