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

【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(TRMOKE)以及矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀-共面波導(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行為進行對比研究,從而研究磁性超薄膜的內(nèi)稟動力學特性,為進一步降低材料的磁損耗提供價值指導。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)磁晶六重貢獻在整個溫區(qū)范圍內(nèi)幾乎不變,對于導致這種不同指數(shù)的溫度依賴行為,我們進行了詳細的討論。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,單軸貢獻較弱。我們證明了其四重和單軸貢獻的溫度依賴關(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)果表明預先生長的樣品表現(xiàn)出了兩重對稱主導的磁各向異性,四重貢獻微小。這主要是由Co,Cu界面的應力造成的。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?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方面的研究工作,從而更清楚的了解磁性材料動力學特征,為降低材料損耗提供實驗和理論指導。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-共面波導鐵磁共振技術(shù)對鈷薄膜的磁動力學行為進行對比研究。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。同時利用動力學方法對材料靜態(tài)磁性進行了對比分析,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)果進行了討論分析。
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【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院物理研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O484

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本文編號：1639448