基于交换偏置效应调控软磁金属薄膜磁各向异性(2)
2.1 前期工作 11
2.2 实验样品的制备与设计 12
2.3 磁控溅射技术 15
2.3.1 磁控溅射原理 15
2.3.2 磁控溅射设备介绍 15
2.4 振动样品磁强计（VSM） 16
2.4 超导量子干涉仪（SQUID） 17
3 铁磁/反铁磁薄膜样品磁性能分析 19
3.1 Co/FeMn薄膜体系研究 19
3.1.1 薄膜体系制备 19
3.1.2 磁滞回线分析 19
3.2 FeCo/IrMn薄膜体系研究 21
3.2.1 FeCo/IrMn薄膜体系的制备 21
3.2.2 磁滞回线分析 21
结论 24
致 谢 25
参考文献26
1 绪论
1.1 课题背景
磁性材料伴随着人类文明的发展史，中国古代的司南便是人类最磁性材料的早期探索。如今，随着科学技术的日新月异，磁性材料在当今科技进步中起着举足轻重的作用，正在各个领域发挥着巨大的作用，例如在医学上的核磁共振，军事上的电磁武器，以及平常用到的磁盘、计算机的存储设备都会经常用到磁性材料。其中一个值得关注的磁学效应交换偏置一直是磁学界研究的热点。交换偏置效应是一种特殊的磁学现象，由Meikleijohn和Bean于1956年在CoO外壳覆盖的Co颗粒中首先发现 [1,2]。交换偏置效应从发现到现在已有50余年的历史了，这些年里它一直是磁性材料探索的热点，特别是自旋电子学的产生，使得交换偏置现象在自旋阀多层膜[3]以及磁性隧道结[4]中得以大范围的应用。自旋阀结构的核心是一个AFM（反铁磁层）/FM（铁磁层）双层结构，它通过交换各向异性来提供必须的交换偏置。大约在90年代，以自旋阀多层结构表现出的巨磁阻被认为在科学和工程技术领域都有很大的应用前景。在工程领域，它已经作为一种产品应用于市场，例如在磁记录中巨磁记录读出头的形成，没有它的发现，这种进步至少得晚10年。在科学领域中，它开辟了前所未有的研究活动，很多研究人员为了了解FM和AFM耦合界面结构中的交换偏置而努力探索着。最新出现很有发展前景的巨磁阻结构、磁性隧道结以及磁随机存储，这些都利用了自旋阀结构为了获得更好的磁阻响应。
此外，交换偏置效应还可以作为一种有效的调控手段去改变面内有效各向异性和铁磁共振频率，这得到了磁性材料学界的一直关注。对于某些面内单向磁各向异性软磁金属薄膜，它们的铁磁共振频率可以达到GHz以上，这使得它们在噪声干扰抑制器、陷波滤波器、薄膜电感等微波集成器件中具有广阔的应用前景。于是国内外研究课题组便发展了多种调控手段去提高磁有效各向异性场，如发展倾斜溅射增强磁晶各向异性，发展出梯度共溅射制备方法来提高共振频率等。相比于这些，利用交换偏置效应进行调控的显著性得到研究者的格外关注。但目前人们利用交换偏置调控软磁金属薄膜微波磁性的主要手段局限于铁磁/反铁磁层的厚度调制。然而，交换偏置效应的相关研究表明铁磁层厚度降低到一定程度时，铁磁层厚度与交换偏置场的反比关系将不再成立；而且铁磁层厚度的一降低也难以满足微波吸收对于材料有效磁导率的要求。近些年，有学者通过稀释反铁磁来增强交换偏置。这对于我们软磁金属薄膜微波特性的研究具有重要启示：通过调控反铁磁中非磁稀释，可以提高铁磁共振频率以及有效控制并增强交换偏置场和有效磁各向异性场。
所以，稀释反铁磁增强交换偏置现象开辟了一块新的研究领域，它的发现使得我们能够操控铁磁材料的各向异性方向，使其具有在普通的铁磁材料中没有的单方向各向异性。虽然交换偏置现象已经大规模地应用于工业生产中，但我们仍有很多问题亟待解决。首先我们无法全面完善地理解其微观机理，所以深刻地总结出交换偏置效应物理机理仍是材料科学和凝聚态物理学中重点研究方向。其次，虽然普遍认为交换偏置效应是一种界面现象，存在界面相互作用，且它的基本特性和铁磁、反铁磁的材料、厚度、结构以及各种工艺条件有很大的关联[5]。但交换偏置场和各因素之间的关系还没有透彻的、具体的结论。另外交换偏置场强度变得很难去精细调节，这成为其应用过程中的一大难题。所以交换偏置在很多方面还是有工作需要进行。
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