鐵基磁性薄膜的鐵磁共振研究.pdf

1、磁性薄膜是當今高新材料研發(fā)中最活躍的研究領(lǐng)域之一,也是自旋電子學應用中的關(guān)鍵技術(shù)之一。無論是在磁性薄膜基本磁特性研究中,還是新興自旋電子器件的應用中,人們已經(jīng)認識到磁矩的翻轉(zhuǎn)時間對自旋動力學過程的重要性,而磁矩的翻轉(zhuǎn)時間取決于磁矩所受阻尼,因此薄膜、超薄膜、納米結(jié)構(gòu)和超微粒材料中的磁性弛豫過程近來成為人們關(guān)心的課題。鐵磁共振是研究磁性薄膜磁特性的重要方法之一,從鐵磁共振不僅可以得到磁化強度、旋磁比和磁各向異性等信息,其共振吸收譜的半峰寬

2、即線寬還提供了介質(zhì)中磁矩所受阻尼的信息。本論文以鐵磁共振為主要手段,系統(tǒng)地研究了稀土摻雜對自旋電子學重要材料NiFe、FeCo合金薄膜的磁性尤其是動力學阻尼的規(guī)律和機制。我們的工作主要是： 1.采用直流濺射方法制備厚度為30nm,Gd含量從0％-20.5％的一系列Ta/Ni80Fe20-Gd/Ta薄膜。通過XRD、VSM等手段研究Gd含量不同對薄膜的結(jié)構(gòu)和靜態(tài)磁性質(zhì)(飽和磁化強度、矯頑力、面內(nèi)各向異性)的影響；采用鐵磁共振測量和

3、理論的擬合,研究了Gd摻入對薄膜垂直各向異性以及阻尼因子等的影響。結(jié)果表明： (1)Gd的摻入使薄膜逐漸由多晶向非晶轉(zhuǎn)變,當Gd含量為5.7％時,薄膜完全呈現(xiàn)非晶態(tài)。 (2)Gd含量的增加使薄膜的飽和磁化強度逐漸減小,Gd含量從0增至9.3％,NiFe-Gd薄膜的磁化強度從688emu/cm3減至386 emu/cm3。 (3)當Gd含量較高時,發(fā)現(xiàn)反走向的磁滯回線現(xiàn)象,可能是由于Gd和NiFe間的反鐵磁耦合所致

4、。 (4)鐵磁共振表明隨著Gd含量的增加,使得薄膜的垂直各向異性能由易平面轉(zhuǎn)變?yōu)橐状怪?當Gd含量為2.9％時,薄膜的垂直各向異性呈現(xiàn)易圓錐的狀況。 (5)隨著Gd含量的增加,磁化動力阻尼因子有增加,說明Gd的摻入增強了LS耦合。 2.采用射頻濺射方法制備厚度為30nm,Gd含量從0％-15％的一系列Ta/Co45Fe55-Gd/Ta薄膜。通過XRD、VSM等手段研究Gd含量不同對薄膜的結(jié)構(gòu)和靜態(tài)磁性質(zhì)(飽和磁化

5、強度、矯頑力、面內(nèi)各向異性)的影響；采用鐵磁共振測量和理論的擬合,研究了Gd摻入對薄膜垂直各向異性以及阻尼因子等的影響。結(jié)果表明： (1)Gd的摻入使薄膜逐漸由多晶向非晶轉(zhuǎn)變,當Gd含量為13％時,薄膜完全轉(zhuǎn)化為非晶態(tài)。 (2)Gd含量的增加使薄膜的飽和磁化強度逐漸減小,Gd含量從0增至15％,CoFe-Gd薄膜的磁化強度從1810emu/cm3減至1150 emu/cm3。 (3)薄膜的矯頑力隨著Gd含量從0增至15％

6、,從374Oe單調(diào)減小至84Oe。 (4)當CoFe-Gd薄膜中的Gd含量較少時(低于13％),鐵磁共振譜表現(xiàn)出奇怪的共振現(xiàn)象,不能觀察到完整的共振吸收峰,當外磁場取向改變時,共振場移動較小,共振線寬也隨之增加。懷疑這是由于高的易平面的各向異性和高的磁化強度導致的零場共振,還需要進一步的研究。 (5)當Gd含量達到或超過13％后,則可以觀察到完整的共振峰并且可以得到完整的鐵磁共振譜。經(jīng)擬合,得到此時CoFe-Gd薄膜的磁

7、化動力阻尼因子為3.4×108/s(6)隨著Gd含量的增加明顯增加了薄膜平面內(nèi)的各向異性,當Gd含量增加至13％時,面內(nèi)共振場隨磁場取向振蕩的振幅從0增加至200Oe左右：而磁場沿面內(nèi)兩個相互垂直方向時,剩磁比改變約10倍。 3.采用射頻濺射方法制備厚度4nm-100nm的Ta/CoFe/Ta薄膜,通過XRD、VSM等手段研究厚度不同對薄膜的結(jié)構(gòu)和靜態(tài)磁性質(zhì)的影響；通過低場下的靜磁測量探討誘導磁場在薄膜中引起的剩磁。結(jié)果表明：