磁性納米顆粒薄膜的微觀結(jié)構(gòu)、磁性質(zhì)和輸運特性.pdf

1、鐵磁性金屬納米顆粒薄膜系統(tǒng)中存在的巨磁電阻效應、巨霍爾效應、高矯頑力效應等新特性,使其在磁性傳感器件、高密度記錄介質(zhì)、讀出磁頭和磁性隨機存取存儲器等研究領域具有廣闊的應用前景.目前,具有面心四方結(jié)構(gòu)的L1<,0>-FePt材料、半金屬材料和鐵磁性金屬-半導體復合材料是凝聚態(tài)物理和材料科學領域的研究熱點. 本論文用磁控濺射法制備了軟鐵磁性金屬-碳基(Fe-C,Co-C,FeN-CN)、硬鐵磁性金屬-碳基(FePt-C,FePtCu

2、-C,FePtN-CN)、半金屬一半導體基(Fe<,3>O<,4>-Ge)和鐵磁性金屬一半導體基(Fe-Ge)系列納米顆粒薄膜,對它們的化學成份、微觀結(jié)構(gòu)、磁性質(zhì)和輸運特性進行了系統(tǒng)研究. 通過對軟鐵磁性金屬-碳基(Co,Fe,FeN)-C(N)顆粒薄膜的研究,發(fā)現(xiàn)在顆粒薄膜中,顆粒與母體間的相分離、顆粒尺寸和顆粒間的相互作用決定樣品的磁性質(zhì)和磁化機制.當相分離較好、顆粒間相互作用較小時,樣品的矯頑力較大,并且磁化機制為單疇磁矩

3、轉(zhuǎn)動.反之,樣品矯頑力較小,磁化機制為疇壁位移.用磁力顯微鏡直接觀察到了Fe-C系統(tǒng)中的磁逾滲現(xiàn)象,為闡明顆粒間磁相互作用的變化提供了直接證據(jù).在電子束輻照的Co-C顆粒薄膜中,觀察到了Co顆粒對非晶C轉(zhuǎn)變?yōu)槭奶技{米結(jié)構(gòu)(納米線和納米針)的催化作用. 通過對硬鐵磁性金屬-碳基(FePt-C,FePtCu-C,FePtN-CN)顆粒薄膜的研究,發(fā)現(xiàn)適量的Cu摻雜可以促進L1<,0>-FePt合金的形成,而過量的Cu顯著抑制L

4、1<,0>-FePt相的形成.特別地,我們還發(fā)現(xiàn)N摻雜樣品在退火過程中N的溢出和Fe-N鍵的斷裂,可以促進L1<,0>相的形成,提高FePt合金的有序度；同時,高氮氣分壓可以有效控制FePt顆粒尺寸,有利于FePt顆粒薄膜在高密度磁記錄介質(zhì)方面的應用. 通過對多晶Fe<,3>O<,4>薄膜、(Fe,Fe<,3>O<,4>)-Ge顆粒薄膜的研究,發(fā)現(xiàn)多晶Fe<,3>O<,4>薄膜的導電機制為隧穿導電.Fe<,3>O<,4>晶粒表面

5、(界面)磁矩的取向?qū)Υ呕瘡姸蓉暙I很小,但在高場下,晶粒表面(界面)磁矩的排列會導致磁電阻發(fā)生很大的變化,這就是Fe<,3>O<,4>薄膜材料中磁電阻隨外加磁場呈現(xiàn)弱飽和現(xiàn)象的物理機制.在Fe<,x>Ge<,1-x>顆粒薄膜中發(fā)現(xiàn)當x=0.5時,霍爾電阻率P<,xy>最大(126μQ cm),為純Fe膜的139倍；在±10 kOe的磁場范圍內(nèi),P<,xy>隨磁場呈線性變化關系,并且在2-300K溫度范圍內(nèi),直線斜率保持不變.這一特點使Fe