Al-O,C元素添加对FeCo合金薄膜磁性和频率特性的影响

用磁控射频溅射法制备了FeCoAlOC薄膜,研究了Al-O和C元素的添加对FeCo合金薄膜的软磁性和高频特性的影响.随着Al,O,C元素添加量的增加,薄膜微结构发生了由多晶到纳米晶再到非晶状态的转化,软磁性得到提高;薄膜电阻率则由最初的87 μΩ·cm增至900 μΩ·cm,高频特性得到改善: 截止频率最高可达2.9 GHz,低频实部磁导率最高可到达400. 关键词： 纳米晶 非晶 软磁薄膜     

磁性薄膜的晶格结构和磁性

采用Monte-Carlo模拟方法对六边形、正方形和三角形晶格结构磁性薄膜的磁学特性及磁畴结构进行了模拟,结果表明,磁性薄膜的磁性特征及其磁相变温度和薄膜结构密切相关并存在临界膜厚,当薄膜厚度大于临界膜厚时薄膜磁性特征稳定.在低温区,不同结构磁性薄膜的磁滞回线均出现台阶现象,结果同相关实验一致.     

稀土永磁薄膜材料

简要地介绍在纳米复合稀土永磁薄膜材料、各向异性稀土永磁薄膜材料方面的进展.在纳米复合稀土永磁薄膜材料中实现磁性交换耦合和剩磁增强效应,系统地研究了其结构与磁性的关系.制备成功高磁能积的各向异性稀土永磁薄膜材料,比较了Ti 或Mo 缓冲层对Nd-Fe-B薄膜的表面形貌、磁畴结构和磁性能的影响.发现薄膜的表面形貌强烈地依赖于缓冲层的厚度.由于它极大地影响薄膜的成分,溅射速率被证明是控制薄膜的显微结构、表面形貌和磁性能的一个重要因素.在微磁学模型的基础上,通过分析从5到300 K的矫顽力温度依赖关系.研究了各向异性Pr-Fe-B薄膜的矫顽力机制.在晶粒表面,由于磁各向异性的降低和局域退磁场的提高导致的反转畴的形核被确定为控制各向异性Pr-Fe-B薄膜的磁化反转过程的首要机制.     

磁性材料的磁结构、磁畴结构和拓扑磁结构

首先简要地介绍了磁性材料中磁结构、磁畴结构和拓扑磁结构以及相互之间的关系. 一方面, 磁畴结构由材料的磁结构、内禀磁性和微结构因素决定; 另一方面, 磁畴结构决定了材料磁化和退磁化过程以及技术磁性. 拓扑学与材料物理、材料性能的联系越来越紧密. 最近的研究兴趣集中在一些拓扑磁性组态, 如涡旋、磁泡、麦纫、斯格米子等. 研究发现这些拓扑磁结构的拓扑性质与磁性能密切相关. 然后从尺寸效应、缺陷、晶界三个方面介绍国际学术界在磁结构、磁畴结构和拓扑磁结构方面的进展. 最后介绍了在稀土永磁薄膜材料的微观结构、磁畴结构和磁性能关系、交换耦合纳米盘中的拓扑磁结构及其动力学行为方面的工作. 通过对文献的评述, 得到以下结论: 开展各向异性纳米复合稀土永磁材料的研究对更好地利用稀土资源具有重要的意义. 可以有目的地改变材料的微结构, 可控地进行磁性材料的磁畴工程, 最终获得优秀的磁性能. 拓扑学的概念正在应用于越来越多的学科领域, 在越来越多的材料中发现拓扑学的贡献. 研究磁畴结构、拓扑磁性基态或者激发态的形成规律以及动力学行为对理解量子拓扑相变以及其他与拓扑相关的物理效应是十分重要的. 也会帮助理解不同拓扑学态之间相互作用的物理机制及其与磁性能之间的关系, 同时拓展拓扑学在新型磁性材料中的应用.     

具有条纹磁畴结构的NiFe薄膜的制备与磁各向异性研究

具有条纹磁畴结构的磁性薄膜表现出面内转动磁各向异性,对于解决高频电子器件的方向性问题起着至关重要的作用.本文采用射频磁控溅射的方法,研究了NiFe薄膜的厚度、溅射功率密度、溅射气压等制备工艺参数对条纹磁畴结构、面内静态磁各向异性、面内转动磁各向异性、垂直磁各向异性的影响规律.研究发现,在功率密度15.6 W/cm~2与溅射气压2 mTorr(1 Torr=1.33322×102Pa)下生长的NiFe薄膜,表现出条纹磁畴的临界厚度在250 nm到300 nm之间.厚度为300 nm的薄膜比250 nm薄膜的垂直磁各向异性场增大近一倍,从而磁矩偏离膜面形成条纹磁畴结构,并表现出面内转动磁各向异性.高溅射功率密度可以降低薄膜出现条纹磁畴的临界厚度.在相同功率密度15.6 W/cm~2下生长300 nm的NiFe薄膜,随着溅射气压由2 mTorr增大到9 mTorr,NiFe薄膜的垂直磁各向异性场逐渐由1247.8 Oe(1 Oe=79.5775 A/m)增大到3248.0 Oe,面内转动磁各向异性场由72.5 Oe增大到141.9 Oe,条纹磁畴周期从0.53μm单调减小到0.24μm.NiFe薄膜的断面结构表明柱状晶的形成是表现出条纹磁畴结构的本质原因,高功率密度下低溅射气压有利于柱状晶结构的形成,表现出规整的条纹磁畴结构,高溅射气压会导致柱状晶纤细化,面内转动磁各向异性与面外垂直磁各向异性增强,条纹磁畴结构变得混乱.     

Ni对Fe_3Si软磁体磁性能影响的微观组织结构和电子结构研究

采用实验和第一性原理方法,从微观组织结构和电子结构研究了Ni浓度和退火时间对Fe_3Si软磁体磁性能的影响.结果表明Ni含量为3.125at.%时,软磁体具有最大的饱和磁化强度和最低的矫顽力值.但当浓度超过9.375at.%后,软磁体的饱和磁化强度减小,而矫顽力增大,说明适当添加Ni可提高Fe_3Si软磁体的磁性能.Ni元素从微观组织结构和电子结构两方面均对软磁体的磁性能产生较大的影响.     

射频溅射FeTaN纳米晶软磁薄膜结构和磁性

用射频反应溅射制备了FeTaN纳米晶软磁薄膜.研究了薄膜结构和磁性与制备条件的依赖关系.研究发现,当Ta的含量较高时,在N2+Ar混合气氛中易形成沉积态薄膜的非晶结构.适当的热处理后,αFe纳米晶从中晶化生成.薄膜显示出优良的软磁特性 关键词： 纳米晶 软磁性 非晶态     

真空磁场热处理温度对不同厚度的Ni88Cu12薄膜畴结构及磁性的影响

利用射频磁控共溅射方法,在Si衬底上制备了Ni88Cu12薄膜,并且研究了膜厚以及真空磁场热处理温度对畴结构和磁性的影响. X射线衍射结果表明热处理后的薄膜晶粒长大,扫描电子显微镜结果发现不同热处理温度下薄膜表现出不同的形貌特征.热处理前后的薄膜面内归一化磁滞回线结果显示,经过热处理的Ni88Cu12薄膜条纹畴形成的临界厚度降低,未热处理的Ni88Cu12薄膜在膜厚为210 nm时出现条纹畴结构,而经过300℃热处理的Ni88Cu12薄膜在膜厚为105 nm就出现了条纹畴结构.高频磁谱的结果表明,随着热处理温度的增加, Ni88Cu12薄膜的共振峰会有小范围的移动.     

衬底层对Fe65Co35合金薄膜结构与磁性的影响

采用磁控溅射法制备了具有不同衬底层(Cu, Co和Ni₈₀Fe₂₀)的FeFe₆₅Co₃₅双层合金薄膜.研究了不同衬底材料以及NiFe衬底层厚度对FeCo合金薄膜结构与磁性的影响.研究结果表明:衬底层的引入可以增加薄膜的面内单轴各向异性,且薄膜的软磁性能显著提升,获得良好软磁性的原因归结为晶粒的细化、层间的偶极相互作用以及表面粗糙度的降低,并且对于相同厚度的不同衬底层, NiFe衬底层对FeCo薄膜软磁性能的提升最为明显;通过改变NiFe衬底层厚度,实现了对薄膜各向异性的调控, NiFe/FeCo表现出良好的高频响应和低的阻尼系数,同时较小的薄膜厚度能够减小涡流损耗,因此,促进了其在高频微波磁性器件方面的应用.     

稀土永磁薄膜材料

简要地介绍在纳米复合稀土永磁薄膜材料、各向异性稀土永磁薄膜材料方面的进展。在纳米复合稀土永磁薄膜材料中实现磁性交换耦合和剩磁增强效应，系统地研究了其结构与磁性的关系。制备成功高磁能积的各向异性稀土永磁薄膜材料，比较了Ti或Mo缓冲层对Nd-Fe-B薄膜的表面形貌、磁畴结构和磁性能的影响。发现薄膜的表面形貌强烈地依赖于缓冲层的厚度。由于它极大地影响薄膜的成分，溅射速率被证明是控制薄膜的显微结构、表面形貌和磁性能的一个重要因素。在微磁学模型的基础上，通过分析从5到300K的矫顽力温度依赖关系。研究了各向异性Pr-Fe-B薄膜的矫顽力机制。在晶粒表面，由于磁各向异性的降低和局域退磁场的提高导致的反转畴的形核被确定为控制各向异性Pr-Fe—B薄膜的磁化反转过程的首要机制。     

LATTICE MODEL OF STRIPE DOMAIN STRUCTURE IN FERROMAGNETIC ULTRATHIN FILMS

A lattice model is proposed to describe the stripe domain sructure in a magnetic ultrathin film that consists of only a few or tens of monolayers and has a perpendicular anisotropy.The dipo;ar energies of the perpendicular and in-plane uniform magnetic states and the stripe domain structures in a magnetic ultrathin film are calculated separately using Ewald's lattice summation method. The thickness dependence of the stripe domain structure is investigated, and the stability of the stripe dimain structure is discussed. The results show that for magnetic ultrathin films the stripe dimain structure may have sensitive dependence on their thickness.     

Dense stripe domains in a nanocrystalline CoFeSiB thin film

We recently reported a possible antiferromagnetically coupled phase in a Co-rich CoFeSiB thin film, that had a partially nanocrystalline Co phase in an amorphous CoFeSiB matrix. Although an amorphous CoFeSiB film should show a ferromagnetic behavior, we observed an antiferromagnetic coupling associated with a nanocrystalline Co phase in the hysteresis-loop measurements of Co-rich CoFeSiB thin films. We ascribed the observed antiferromagnetic coupling to dense stripe domains consisting of periodically up and down domains perpendicular to the surface of the film. The configuration of the stripe domains was confirmed with magnetic force microscopy images. When a longitudinal magnetic field was applied, the size of the stripe domain was reduced. While for a transverse field, the domain structure became tilted and zigzagged, but no in-plane magnetic anisotropy was noted. When the magnetic field was increased to values above the saturation magnetic field, H_S = 2.5 kOe, the domain structure disappeared.     

Angular control of multi-mode resonance frequencies in obliquely deposited CoZr thin films with rotatable stripe domains

We investigate the angular-dependent multi-mode resonance frequencies in CoZr magnetic thin films with a rotatable stripe domain structure.A variable range of multi-mode resonance frequencies from 1.86 GHz to 4.80 GHz is achieved by pre-magnetizing the CoZr films along different azimuth directions,which can be ascribed to the competition between the uniaxial anisotropy caused by the oblique deposition and the rotatable anisotropy induced by the rotatable stripe domain.Furthermore,the regulating range of resonance frequency for the CoZr film can be adjusted by changing the oblique deposition angle.Our results might be beneficial for the applications of magnetic thin films in microwave devices.     

Influence of the film thickness and additional elements (Al,O, and N) on the properties of FeCo film structures

The magnetic properties and domain structure of FeCoAlON thin films with thicknesses varying from 55 to 550 nm have been studied, and conditions favoring preparation of FeCoAlON films with uniaxial anisotropy in the direction normal to the film plane, which is required for designing “perpendicular” super-high-density information recording, have been established. In FeCoAlON films with a thickness up to 300 nm, the domain structure consists of cross-linked domain walls, because strong demagnetizing field suppresses formation of stripe domains. After the film thickness has reached 320 nm, cross-linked domain walls transform into stripe domains, with uniaxial anisotropy in the film plane disappearing, to become replaced by uniaxial anisotropy in the direction normal to the film plane, which can be assigned to magnetoelastic stresses induced by nitrogen atoms filling up interstitial space in the (110) plane. A further increase in the film thickness (up to 550 nm) leads to a rotational anisotropy due to the increase of nitrogen concentration in interstitials and the increase of magnetoelastic stresses.     

利用微带谐振技术研究MgB_2/Al_2O_3和YBa_2Cu_3O_(7-x)/LaAlO_3超导薄膜的微波性质(英文)

利用微带谐振技术研究了MgB2/A12O3和YBa2Cu3o7-X/LaAlO3(YBCO/LAO)超导薄膜的微波性质.一个颗粒尺寸模型被用来分析超导薄膜的穿透深度和表面电阻.结果表明,对于高质的YBCO/LAO,微波性质主要由颗粒决定.对于低质的MgB2/Al2O3,该薄膜的微波性质主要由颗粒边界决定.     

Fe/Al混合膜的PLD法制备及表面分析

 采用脉冲激光气相沉积（PLD）技术制备了Fe/Al混合膜,测量了该混合膜的光电子能谱（XPS）,并采用原子力显微镜（AFM）、扫描电子显微镜（SEM）对Fe/Al混合膜作了表面分析。结果表明：Fe/Al混合膜的表面粗糙度对衬底温度有明显的依赖性, 随着衬底温度的升高,薄膜的表面逐渐变得平滑,膜层变得致密,在200 ℃衬底温度下制得了均方根（rms）粗糙度为0.154 nm、具有原子尺度光滑性的Fe/Al混合膜, 膜中Fe和Al分布比较均匀,其成分比约为1∶3,同时XPS分析也表明Fe/Al混合膜暴露在空气中后表面形成了Al₂O₃和FeO氧化层。     

Mechanical properties of Al/a-C nanocomposite thin films synthesized using a plasma focus device

The Al/a-C nanocomposite thin films are synthesized on Si substrates using a dense plasma focus device with alu- minum fitted anode and operating with CH4/Ar admixture. X-ray diffractometer results confirm the formation of metallic crystalline Al phases using different numbers of focus shots. Raman analyses show the formation of D and G peaks for all thin film samples, confirming the presence of a-C in the nanocomposite thin films. The formation of Al/a-C nanocomposite thin films is further confirmed using X-ray photoelectron spectroscopy analysis. The scanning electron microscope results show that the deposited thin films consist of nanoparticles and their agglomerates. The sizes of th agglomerates increase with increasing numbers of focus deposition shots. The nanoindentation results show the variations in hardness and elastic modulus values of nanocomposite thin film with increasing the number of focus shots. Maximum values of hardness and elastic modulus of the composite thin film prepared using 20 focus shots are found to be about 10.7 GPa and 189.2 GPa, respectively.     

Ga2O3/GaN/蓝宝石模板上β-Ga2O3薄膜的生长

为获得高质量的β-Ga2O3薄膜,将c面蓝宝石上生长的GaN薄膜进行高温氧化制成了Ga2O3/GaN/蓝宝石模板,进而在模板上利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)工艺进行了β-Ga2O3薄膜的同质外延。通过X射线衍射仪、原子力显微镜、场发射扫描电子显微镜等方法对样品的晶体结构、表面形貌等性质进行测试与分析。结果表明,该方法获得的β-Ga2O3薄膜晶体质量受GaN薄膜氧化效果与MOCVD工艺条件等因素影响较大。通过优化实验条件,得到了质量较高的β-Ga2O3薄膜。与蓝宝石上或GaN薄膜上异质外延得到的β-Ga2O3薄膜相比,薄膜的晶体质量明显提高。通过对比不同样品的晶体质量、表面形貌和制备过程,发现该方法成功地将β-Ga2O3薄膜在蓝宝石衬底或GaN/蓝宝石模板上异质外延转化为了Ga2O3/GaN/蓝宝石模板上的同质外延,有效地减小了β-Ga2O3薄膜和蓝宝石、GaN之间较大的晶格失配和热失配,有利于提高β-Ga2O3薄膜的晶体质量。