Co/Ni多层膜垂直磁各向异性的研究

采用直流磁控溅射法在玻璃基片上制备了Pt底层的Co/Ni多层膜样品, 对影响样品垂直磁各向异性的各因素进行了调制, 通过样品的反常霍尔效应系统的研究了Co/Ni多层膜的垂直磁各向异性. 结果表明, 多层膜中各层的厚度及周期数对样品的反常霍尔效应和磁性有重要的影响. 通过对多层膜各个参数的调制优化, 最终获得了具有良好的垂直磁各向异性的Co/Ni多层膜最佳样品Pt(2.0)/Co(0.2)/Ni(0.4)/Co(0.2)/Pt(2.0), 经计算, 该样品的各向异性常数K_eff 达到了3.6×10⁵ J/m³, 说明样品具备良好的垂直磁各向异性. 最佳样品磁性层厚度仅为0.8 nm, 样品总厚度在5 nm以内, 可更为深入的研究其与元件的集成性.     

MgO/Pt界面对增强Co/Ni多层膜垂直磁各向异性及热稳定性的研究

采用直流磁控溅射法在玻璃基片上制备了Pt底层和MgO/Pt双底层的Co/Ni多层膜样品, 通过反常霍尔效应研究了不同MgO厚度和退火温度对样品垂直磁各向异性(perpendicular magnetic anisotropy, PMA)的影响. 随着底层中MgO厚度的逐渐增加, 样品的矫顽力也随之增强, 霍尔电阻变化不大; 对样品进行退火处理后发现, 单纯Pt底层的Co/Ni多层膜随着退火温度的升高, 霍尔电阻逐渐降低, 矫顽力则迅速降低, 热稳定性较差; 而当MgO/Pt双底层的样品在200 ℃退火后矫顽力大幅增加, 霍尔电阻略微有所减小, 更高的退火温度使得Co和Ni合金化, 导致多层膜的PMA特征减弱.     

CoFeB/Pt多层膜的垂直磁各向异性研究

具有垂直磁各向异性的磁性纳米结构是自旋转移力矩器件的重要研究内容, 本文采用反常霍尔效应系统地研究了磁控溅射法制备的[CoFeB/Pt]_n多层膜的垂直磁各向异性. 当CoFeB的厚度小于0.6 nm时, 可以在[CoFeB/Pt]_n多层膜中观察到清晰的垂直磁各向异性, 其垂直磁各向异性强烈依赖于CoFeB和Pt层厚度及多层膜周期数. 当多层膜周期数n ≥ 5时, 出现零剩磁现象. 另外, [CoFeB/Pt]_n多层膜的矫顽力均小于2 kA·m^-1, 有望作为垂直自由层的重要侯选材料应用于垂直磁纳米结构中.     

磁性薄膜的有效垂直磁各向异性场的全输运测量

采用磁控溅射方法,通过金属掩膜板制备了霍尔棒形状"CoFeB/MgO"体系薄膜样品,其中CoFeB层厚度为1.0nm、1.1nm、1.2nm,利用垂直温度梯度的反常能斯特效应和反常霍尔效应对其相关磁输运特性进行了测量,所得结果可分别等效为常规面内和垂直方向的磁滞回线,并由此获得了薄膜的有效垂直各向异性场.     

Pt/GdFeCo/Pt多层膜的磁性和反常霍尔效应研究

亚铁磁材料因具有反铁磁排列的子晶格磁矩而表现出诸多丰富的物理性质,在磁信息存储和逻辑领域具有广阔的应用前景.本文采用磁控溅射方法在热氧化的硅基片上制备了Pt/GdFeCo(t)/Pt多层膜,系统研究了亚铁磁GdFeCo厚度对多层膜的表面形貌、结构、磁性以及反常霍尔效应(AHE)的影响.结构测试表明薄膜表面粗糙度较小,且GdFeCo层为非晶态;实验中利用GdFeCo层厚度可有效控制Gd元素含量,从而调控GdFeCo趋近反铁磁态特性的磁矩补偿点;通过重金属强自旋轨道耦合效应(SOC)和非晶态亚铁磁薄膜面内压应力,实现了良好垂直各向异性(PMA);进一步阐明了亚铁磁薄膜中磁性和反常霍尔效应的内在产生机制以及磁矩补偿点与温度的内在关系.这些结果为构建新一代低功耗自旋电子器件奠定基础.     

具有垂直各向异性(Pt/Co)n/FeMn多层膜的交换偏置

采用磁控溅射方法制备了以Pt为缓冲层和保护层的具有垂直各向异性(Pt/Co)_n/ FeMn多层膜.研究结果表明，多层膜的垂直交换偏置场H_ex和反铁磁层厚度的关 系与其具有平面各向异性的交换偏置场随反铁磁层厚度变化趋势相近.随着铁磁层调制周期 数的增加，垂直交换偏置场H_ex相应减小，并且与铁磁层的调制周期数近似成反 比关系.(Pt/Co)₃/FeMn的垂直交换偏置场H_ex已经达到22.3kA/m.为 关键词： 交换偏置 垂直各向异性 多层膜     

具有垂直各向异性(Pt/Co)n/FeMn多层膜的交换偏置

采用磁控溅射方法制备了以Pt为缓冲层和保护层的具有垂直各向异性(Pt/Co)n/FeMn多层膜.研究结果表明,多层膜的垂直交换偏置场Hex和反铁磁层厚度的关系与其具有平面各向异性的交换偏置场随反铁磁层厚度变化趋势相近.随着铁磁层调制周期数的增加,垂直交换偏置场Hex相应减小,并且与铁磁层的调制周期数近似成反比关系.(Pt/Co)3/FeMn的垂直交换偏置场Hex已经达到22.3kA/m.为了进一步提高Hex,在Co/FeMn的界面插入Pt层,当Pt层厚度为0.4nm时,Hex达到最大值39.8kA/m.     

垂直各向异性Ho3Fe5O12薄膜的外延生长与其异质结构的自旋输运

垂直磁各向异性稀土-铁-石榴石纳米薄膜在自旋电子学中具有重要应用前景.本文使用溅射方法在(111)取向掺杂钇钪的钆镓石榴石(Gd_0.63Y_2.37Sc₂Ga₃O₁₂,GYSGG)单晶衬底上外延生长了2—100 nm厚的钬铁石榴石(Ho₃Fe₅O₁₂,HoIG)薄膜,并进一步在HoIG上沉积了3 nm Pt薄膜.测量了室温下HoIG的磁各向异性和HoIG/Pt异质结构的自旋相关输运性质.结果显示,厚度薄至2 nm的HoIG薄膜(小于2个单胞层)在室温仍具有铁磁性,且由于外延应变,2—60 nm厚HoIG薄膜都具有很强的垂直磁各向异性,有效垂直各向异性场最大达350 mT;异质结构样品表现出非常可观的反常霍尔效应和“自旋霍尔/各向异性”磁电阻效应,前者在HoIG厚度小于4 nm时开始缓慢下降,而后者当HoIG厚度小于7 nm时急剧减小,说明相较于反常霍尔效应,磁电阻效应对HoIG的体磁性相对更加敏感;此外,自旋相关热电压随HoIG厚度减薄在整个厚度范围以指数方式下降,说明遵从热激化磁振子运动规律的自旋塞贝克效应是其主要贡献者.本文结果表明HoIG纳米薄膜具有可调控的垂直磁各向异性,厚度大于4 nm的HoIG/Pt异质结构具有高效的自旋界面交换作用,是自旋电子学应用发展的一个重要候选材料.     

CoFeB/AlOx/Ta及AlOx/CoFeB/Ta结构中垂直易磁化效应的研究

本文详细研究了在不同氧化层和铁磁层厚度情况下, 底层CoFeB/AlO_x/Ta结构和 顶层AlO_x/CoFeB/Ta结构中的垂直磁各向异性. 在底层CoFeB/AlO_x/Ta结构中观察到了垂直磁化的磁滞回线, 证明了其垂直易磁化效应的存在; 而在顶层AlO_x/CoFeB/Ta结构中却没有观察到类似的磁滞回线. 对这种对称结构中的非对称现象进行了分析. 研究还发现不同的氧化层和铁磁层厚度均会影响层间界面相互作用的强度, 从而导致结构的垂直磁化曲线矫顽力大小发生改变. 这项研究将对基于AlO_x氧化层垂直磁隧道结的研制具有重要的意义. 关键词： 垂直磁各向异性 磁隧道结 随机存储器     

Mo覆盖层对MgO/CoFeB/Mo结构磁各向异性的影响

研究了Mo覆盖层厚度对MgO/CoFeB结构磁各向异性的影响. 研究发现, 加平行磁场生长出来的MgO/CoFeB/Mo样品表现为面内各向异性, 并且随着CoFeB的厚度减小, 面内各向异性逐渐减弱; 在CoFeB厚度减小到1.1 nm时, 仍可以保持面内各向异性, 垂直方向的外加饱和场逐渐减少; 厚度在0.9 nm及以下的情况下, 面内各向异性消失. 改变Mo覆盖层厚度, 当t_Mo= 1.6 nm时, 垂直方向的饱和场最小. 当生长过程的磁场变为垂直磁场时, 不同厚度的Mo覆盖层对MgO/CoFeB 的磁各向异性影响不同. Mo厚度在1 nm及以下时MgO/CoFeB/Mo样品表现为面内各向异性, Mo覆盖层厚度在1.2和5 nm之间时样品出现了垂直磁各向异性; 并且垂直方向的矫顽力也发生了变化, Mo覆盖层厚度为1.4 nm时样品的磁滞损耗会大一些.     

铁磁异质结构中的超快自旋流调制实现相干太赫兹辐射

利用飞秒激光脉冲在生长于二氧化硅衬底上的W/CoFeB/Pt和Ta/CoFeB/Pt两类铁磁/非磁性金属异质结构中实现高效、宽带的相干THz脉冲辐射.实验中, THz脉冲的相位随外加磁场的反转而反转,表明THz辐射与样品的磁有序密切相关.为了考察三层膜结构THz辐射的物理机制,分别研究了构成三层膜结构的双层异质结构(包括CoFeB/W, CoFeB/Pt和CoFeB/Ta)的THz辐射.实验结果都与逆自旋霍尔效应相符合, W/CoFeB/Pt和Ta/CoFeB/Pt三层膜结构所辐射的THz强度优于同等激发功率下的ZnTe (厚度0.5 mm)晶体.此外,还研究了两款异质结构和ZnTe的THz辐射强度与激发光脉冲能量密度的关系,发现Ta/CoFeB/Pt的饱和能量密度略大于W/CoFeB/Pt的饱和能量密度,表明自旋电子在Ta/CoFeB/Pt中的界面积累效应相对较小.     

Pt974Mn26/Co多层膜的磁性与磁光性质研究

用磁控溅射法制备了Mn含量一定、不同PtMn层厚度的Pt974Mn26/Co磁性多层膜系列，通过x射线衍射对该多层膜系列进行结构分析；测定了不同PtMn层厚度系列样品的磁滞回线、有效垂直各向异性，分析了饱和磁化强度和有效垂直各向异性变化的原因；通过测定该多层膜体系的克尔谱，分析了一定波长下克尔角随PtMn层厚度变化的规律.认为克尔角的变化是由于界面的合金化以及原子的极化减小所致. 关键词： 多层膜 磁性 磁光     

多层膜［Co85Cr15/Pt］20的磁性、垂直磁记录特性和微结构的关系

采用磁控溅射法制备了性能优良的以Pt为缓冲层的［Co85₈₅Cr15_{15/Pt］2020 多层膜，研究了溅射气压对［Co8585Cr1515/Pt］2020多层膜微结构和磁性的 影响.研究结果表明，Ar溅射气压对［Co8585Cr1515/Pt］2020多层膜的微结构 、垂直磁各向异性和矫顽力有重要的影响 关键词： 溅射气压 多层膜 垂直磁各向异性 有效磁各向异性常数}     

Pt97.4Mn2.6/Co多层膜的磁性与磁光性质研究

用磁控溅射法制备了Mn含量一定、不同PtMn层厚度的Pt97.4Mn2.6/Co磁性多层膜系列,通过x射线衍射对该多层膜系列进行结构分析;测定了不同PtMn层厚度系列样品的磁滞回线、有效垂直各向异性,分析了饱和磁化强度和有效垂直各向异性变化的原因;通过测定该多层膜体系的克尔谱,分析了一定波长下克尔角随PtMn层厚度变化的规律.认为克尔角的变化是由于界面的合金化以及原子的极化减小所致.     

过量B的Ta/CoFeB/MgO薄膜垂直各向异性和温度稳定性的增强

以CoFeB/MgO为核心单元的垂直各向异性薄膜体系和相关的垂直磁隧道结已获得广泛研究,其中CoFeB的B含量基本都保持为原子比20%.本文采用磁控溅射制备了Ta/(Co0.5Fe0.5)1-xBx/MgO三明治结构及生长顺序相反的系列薄膜,并在573—623K进行真空退火,研究了样品垂直各向异性随B成分的变化.结果显示,当B含量减小到10%时,Ta/CoFeB/MgO体系的垂直各向异性明显降低;相反,当B含量增加至30%时,该体系的垂直各向异性明显增强;发现在高B含量的情形下,样品的垂直各向异性大小与温度稳定性均与三明治结构的生长顺序密切相关;获得了具有优异温度稳定性的垂直磁化MgO/CoFeB/Ta样品.结果表明适当增加B含量是增强CoFeB/MgO体系垂直各向异性和温度稳定性的有效途径之一.     

真空退火对周期性界面掺杂Ni80Co20薄膜磁性的影响

用磁控溅射方法制备了两个具有不同Fe层厚度的［Ni₈₀Co₂₀(L)/Fe(t_Fe)］_N多层膜系列样品,其中t_Fe=0.1和2nm.研究了两个系列样品的磁及输运性质随Ni₈₀Co₂₀层厚度L的变化关系.在退火态［Ni₈₀Co₂₀(L)/Fe(0.1nm)］_N系列样品中,发现各向异性磁电阻( 关键词： 多层膜 各向异性磁电阻 界面效应 退火     

自旋阀中的各向异性磁电阻效应

采用平面霍尔效应测量方法，对Ta(8nm)/NiFe(7nm)/Cu(24nm)/NiFe(44nm)/FeMn(14nm)/Ta(6nm)自旋阀多层膜进行了研究.结果表明，在样品中存在着自由层和被钉扎层之间的各向异性磁电阻的“混合”效应.与通常所采用的磁电阻测量方法相结合，平面霍尔效应的测 量可以给出自旋阀中各向异性磁电阻以及自由层和被钉扎层的磁矩随外场变化的更多信息. 关键词： 自旋阀 各向异性磁电阻 平面霍尔效应     

Pt/Co/Pt/Ni多层膜的磁光特性

用磁控溅射法制备了Pt/Co/Pt/Ni系列样品,其中Ni层具有不同的厚度.通过测量样品的Kerr转角、椭偏率、折射率和吸收率,推算出了四个等效电导张量元σ_1xx,σ_2xx,σ_1xy,σ_2xy随Ni层厚度的变化情况.再结合电导张量元与Kerr角的理论公式,分析了在Ni层厚度的变化过程中,每一个电导张量元对Kerr角的贡献;发现在短波段σ_2xy起主导作用,而在长波段四个电导张量元共同起作用.经分析认为这是由于在Ni层的增厚过程中,Pt 5d带劈裂程度逐渐减小.与纯Pt/Co膜相比,在Ni层的厚度为0.10—0.23nm的范围内样品具有较低的居里温度和较高的Kerr角,这说明Pt/Co/Pt/Ni多层膜具有较高的应用价值. 关键词：     

引入纳米氧化层的CoFe/Pd双层膜结构中增强的垂直磁各向异性研究

制备了CoFe/Pd双层结构的界面处或CoFe层 内部引入纳米氧化层后的系列薄膜. 研究结果显示, 引入纳米氧化层后, 可以使薄膜的磁各向异性在退火后从面内转到垂直膜面方向. 并且对于在CoFe层内部引入纳米氧化层的这类样品, 其强烈的垂直磁性可以在相当宽的有效磁性层厚度范围内(1.2-2 nm)维持. 在保持垂直磁性的前提下, 这种特殊的双层膜结构中CoFe磁性层厚度比常规CoFe/Pd 多层膜中的CoFe层厚度至少多出1.4 nm. 本文的研究有助于制备出具有较高热稳定性的垂直磁性器件电极.     

PdMn/Co多层膜的磁性和磁光特性研究

用磁控溅射法制备了不同Mn含量的PdMn/Co磁性多层膜，通过x射线衍射对该多层膜系列进行结构分析；测定了不同Mn含量系列样品的磁滞回线、垂直各向异性及磁力显微镜图，分析了饱和磁化强度、磁畴和垂直各向异性变化的原因；通过测定该多层膜体系的克尔谱，简要分析了一定波长下克尔角随Mn含量增加而变化的物理机制. 关键词： 多层膜 磁性 磁光