【摘要】：鐵磁性材料在GHz頻段表現(xiàn)出的優(yōu)異磁動(dòng)態(tài)特性,使得其在微波器件、抗電磁干擾、微波吸收等高頻領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。隨著電子設(shè)備不斷小型化的趨勢(shì),磁性元器件也必然會(huì)向著薄膜甚至圖形化的方向發(fā)展。目前,對(duì)于鐵磁薄膜的相關(guān)研究主要集中在材料選擇和制備工藝等方法對(duì)高頻磁響應(yīng)特性的改善。當(dāng)薄膜尺寸不斷減小時(shí),幾何尺寸、磁結(jié)構(gòu)等因素對(duì)薄膜磁特性的影響不可忽略,傳統(tǒng)的理論模型和機(jī)理不再完全適用。本文沿著不斷減小薄膜尺寸的主線,結(jié)合實(shí)驗(yàn)與微磁學(xué),討論了鐵磁薄膜在高頻范圍內(nèi)的動(dòng)態(tài)磁特性。利用對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),分別從減小薄膜厚度、薄膜圖形化、減小單元尺寸以及減小單元間距幾個(gè)方面入手,探索了鐵磁薄膜在GHz頻段磁動(dòng)態(tài)響應(yīng)的可控性,并對(duì)這些磁響應(yīng)模式的物理機(jī)制進(jìn)行了分析。在整個(gè)研究的過程中,通過微磁學(xué)理論在微觀和宏觀特性中架起了橋梁,使得能從微觀結(jié)構(gòu)和內(nèi)在磁特性的角度出發(fā),更好的探索微納米范圍中磁性薄膜的高頻響應(yīng)特性。通過優(yōu)化鐵磁薄膜微納米結(jié)構(gòu)來了解、設(shè)計(jì)并控制磁性薄膜的高頻磁響應(yīng)特性,有助于研制出重量輕、體積小且易調(diào)控的新型微波磁性器件。本論文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下:1.結(jié)合微磁模型和實(shí)驗(yàn)證實(shí)了在不加外場(chǎng)誘導(dǎo)的FeCo基非晶薄膜體系中,利用局域有序作為薄膜單軸各向異性的來源,可以通過改變薄膜厚度來實(shí)現(xiàn)GHz頻段共振峰的單向調(diào)控,這相比于現(xiàn)有研究中需外加磁場(chǎng)感生出磁各向異性的方式更具備實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。2.通過對(duì)非耦合FeCo基軟磁條紋狀薄膜共振行為的研究,建立了條紋磁性薄膜共振峰的疊加模型,為高頻多共振峰數(shù)量和位置的控制提供了一種可行的設(shè)計(jì)思路;在Rado-Weertman邊界條件的基礎(chǔ)上,首次將邊緣釘扎條件引入到邊緣傾斜的條紋薄膜中,提出了包含能量貢獻(xiàn)項(xiàng)和條紋邊緣幾何特點(diǎn)的釘扎參數(shù)公式,這對(duì)邊緣結(jié)構(gòu)在影響薄膜高頻磁響應(yīng)特性研究中具有重要的物理意義。3.設(shè)計(jì)了一種邊緣加厚的FeNi納米圓盤結(jié)構(gòu),突破了圓盤單元中渦旋態(tài)存在的臨界尺寸。利用渦旋態(tài)在高頻范圍內(nèi)的自旋波機(jī)制,能在GHz頻段旋轉(zhuǎn)場(chǎng)的激勵(lì)下實(shí)現(xiàn)對(duì)極性的控制;與傳統(tǒng)納米圓盤相比,所設(shè)計(jì)的圓盤結(jié)構(gòu)在單元間不相互影響的條件下?lián)碛懈叩拿婷芏纫约案斓捻憫?yīng)速度。4.設(shè)計(jì)了具有類Skyrmion磁結(jié)構(gòu)的L1_0-FePt/FeNi雙層薄膜,在不加外場(chǎng)偏置的情況下,通過圖形單元實(shí)現(xiàn)了類Skyrmion磁分布的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)。該磁結(jié)構(gòu)顯示出了新穎的動(dòng)態(tài)響應(yīng)模式,豐富了高頻動(dòng)態(tài)磁響應(yīng)中多共振峰產(chǎn)生的模型,且在較大范圍內(nèi)不受單元間距的影響�？偠灾�,本文的研究內(nèi)容主要集中在探索受限體系中磁矩受到微波場(chǎng)激勵(lì)后的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。在這個(gè)過程中,從改變縱向和橫向尺寸與圖形的角度出發(fā)設(shè)計(jì)并優(yōu)化了鐵磁薄膜的微觀結(jié)構(gòu),旨在不斷減小薄膜尺寸的同時(shí),實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜在GHz頻段內(nèi)動(dòng)態(tài)特性的有效調(diào)控。所涉及的理論模型和微磁學(xué)分析方法為磁性材料通過微觀結(jié)構(gòu)影響高頻響應(yīng)機(jī)制的研究提供了新思路,并奠定了一定的理論基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O484

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本文編號(hào)：2794354