本文選題：磁性薄膜　切入點：磁各向異性　出處：《中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院物理研究所)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：本論文分別以生長在Si(111)襯底鐵薄膜,以及生長在MgO(001)和Si(100)襯底上鈷薄膜為研究對象,圍繞著溫度展開鐵磁性金屬薄膜的磁性靜態(tài)和動力學(xué)兩方面的研究工作,磁性靜態(tài)分析主要是利用自主搭建的低溫輸運測量系統(tǒng),磁光系統(tǒng)對鐵磁薄膜鐵、鈷的磁各向異性及其溫度的影響展開研究。磁性動力學(xué)分析主要利用實驗室自主搭建的全光泵浦時間分辨的磁光克爾效應(yīng)(TRMOKE)以及矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀-共面波導(dǎo)(VNA-CPW)鐵磁共振系統(tǒng)對鐵磁薄膜在熱擾動和微波場擾動下的磁動力學(xué)行為進(jìn)行對比研究,從而研究磁性超薄膜的內(nèi)稟動力學(xué)特性,為進(jìn)一步降低材料的磁損耗提供價值指導(dǎo)。具體工作內(nèi)容包括:1.首先利用分子束外延技術(shù),在0.1度斜切的Si(111)襯底上外延生長了不同厚度的Fe薄膜。通過磁光克爾(MOKE)轉(zhuǎn)角測量和實驗室自主搭建的可變溫的各向異性磁電阻輸運測量詳細(xì)研究了鐵磁薄膜的磁各向異性及其溫度依賴性。由于臨近襯底的作用,薄膜磁各向異性表現(xiàn)為四重,六重和弱的單軸對稱的疊加。同時,四重磁晶各向異性的溫度依賴關(guān)系遵循歸一化磁化強度m(T)(=M(T)/M(0))的指數(shù)次冪行為,該理論符合Callen等人的理論預(yù)測。然而單軸各向異性的溫度依賴行為表現(xiàn)異常,隨著樣品厚度的不同,其依賴的指數(shù)次冪也不同。這樣的異常行為無法用單離子模型去解釋。我們也發(fā)現(xiàn)磁晶六重貢獻(xiàn)在整個溫區(qū)范圍內(nèi)幾乎不變,對于導(dǎo)致這種不同指數(shù)的溫度依賴行為,我們進(jìn)行了詳細(xì)的討論。2.其次,我們以CoSi2為緩沖層在Si(100)襯底上外延生長了4.5 nm Co薄膜,通過原位的掃描電鏡和低能電子衍射對其形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。同時我們利用變溫各向異性磁電阻輸運測量,超導(dǎo)量子磁強計和MOKE測量方法系統(tǒng)的研究了其磁性和溫度依賴性。結(jié)果看出室溫下原位生長的薄膜存在1.2 nm臨界厚度,此厚度下鐵磁有序出現(xiàn)。各向異性能表現(xiàn)出四重和單軸的疊加,單軸貢獻(xiàn)較弱。我們證明了其四重和單軸貢獻(xiàn)的溫度依賴關(guān)系都遵循歸一化磁化強度的不同指數(shù)次冪變化行為,這與理論預(yù)測一致。3.再次,我們在單晶MgO(001)襯底上外延生長2.5 nm的鈷薄膜,并經(jīng)過不同溫度退火處理。通過退火處理改變Cu/Co/MgO三明治結(jié)構(gòu)不同界面來研究界面耦合對面內(nèi)磁各向異性的影響,探究了退火處理對薄膜生長的影響以及材料磁各向異性的調(diào)控。結(jié)果表明預(yù)先生長的樣品表現(xiàn)出了兩重對稱主導(dǎo)的磁各向異性,四重貢獻(xiàn)微小。這主要是由Co,Cu界面的應(yīng)力造成的。而200攝氏度退火處理后的樣品,其磁各向異性由單軸變?yōu)樗闹刂鲗?dǎo),襯底與鐵磁金屬的界面耦合增強。而更高溫度的退火破壞了該界面,樣品表現(xiàn)各向同性。我們的實驗證明兩個界面間在操控磁各向異性上扮演者不同的角色。4.最后,結(jié)合薄膜磁性靜態(tài)分析,我們開展了薄膜磁性動力學(xué)方面的研究工作,從而更清楚的了解磁性材料動力學(xué)特征,為降低材料損耗提供實驗和理論指導(dǎo)。我們在MgO(001)襯底上分別生長了不同厚度的Co薄膜,利用全光泵浦技術(shù)和矢量網(wǎng)絡(luò)分析-共面波導(dǎo)鐵磁共振技術(shù)對鈷薄膜的磁動力學(xué)行為進(jìn)行對比研究。分別研究了樣品厚度和不同退火處理對材料內(nèi)稟阻尼因子的影響。同時利用動力學(xué)方法對材料靜態(tài)磁性進(jìn)行了對比分析,重點討論了兩種不同方法在研究材料內(nèi)稟阻尼方面的特點,并對測量結(jié)果進(jìn)行了討論分析。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O484

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