【摘 要】
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近年来,5G的普及使人们在信息化道路上迈出了崭新的一步,在综错复杂的信息网络中,对信息进行快速、稳定的存取成为了发展信息产业的关键。为了提高存储密度和存储稳定性,研究者们将目光投向了磁存储技术。其中,具有垂直磁各向异性（Perpendicular magnetic anisotropy,PMA）的存储介质可避免小尺寸下带来的超顺磁效应,从而提高存储密度与存储稳定性。因此,在磁记录介质中实现具有较强
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近年来,5G的普及使人们在信息化道路上迈出了崭新的一步,在综错复杂的信息网络中,对信息进行快速、稳定的存取成为了发展信息产业的关键。为了提高存储密度和存储稳定性,研究者们将目光投向了磁存储技术。其中,具有垂直磁各向异性（Perpendicular magnetic anisotropy,PMA）的存储介质可避免小尺寸下带来的超顺磁效应,从而提高存储密度与存储稳定性。因此,在磁记录介质中实现具有较强且较宽可调范围的PMA特性是磁存储技术的核心之一。目前研究较为成熟的体系有Co/贵金属体系和CoFeB体系,但其实现PMA特性的可调控范围均较窄。为解决上述问题,本研究选择CoHf二元合金作为铁磁层,通过重金属Hf提高材料的自旋轨道耦合能,从而进一步促进PMA的产生。本研究以CoHf作为铁磁层,在Si（SiO2）衬底上制备了循环结构、三明治结构及复合循环结构三种系列薄膜,并详细探讨了退火温度、铁磁层厚度等因素对体系垂直磁各向异性及反常霍尔效应（Anomalous Hall effect,AHE）的影响规律。在[CoHf/Pd]3结构中,350℃退火态Ta/[CoHf（1.0 nm）/Pd]3/Pd结构薄膜具有最强的PMA特性,矩形度Mr/Ms=0.96,有效各向异性系数 Keff=4.31×106erg/cm3,矫顽力 Hc=366.5 Oe。与[Co/Pd]3 循环多层薄膜相比,[CoHf/Pd]3结构具有更强的PMA和更大的可调性。引入MgO层后,在Pd/CoHf/MgO三明治结构中,薄膜的饱和磁化强度有所下降,350℃退火态Ta/Pd/CoHf（3.5 nm）/MgO/Pd薄膜具有最强的PMA特性,此时薄膜的矩形度Mr/Ms=0.93,矫顽力Hc=645.5 Oe,有效各向异性系数Keff=8.67×105 erg/cm3,TEM分析得知薄膜中有Co7Hf硬磁相生成。此外,在输运测试中发现,当测量温度低于200 K时出现较强的拓扑霍尔效应的贡献,且随着测量温度的降低而减小,随着CoHf厚度的增大而增大。以Pd/CoHf/MgO作为循环层,在[Pd/CoHf/MgO]3循环薄膜中,350℃退火态 Ta（4 nm）/[Pd（1.7 nm）/CoHf（3.0 nm）/MgO（1.5 nm）]3/Pd（1.7 nm）结构具有最强的PMA特性。薄膜的矩形度Mr/Ms=0.98,矫顽力Hc=480.6 Oe,有效各向异性系数Keff=3.89×105erg/cm3。更有意义的是,当CoHf层厚度增加至3.0 nm时,在室温下实现了拓扑霍尔效应,测量温度为300 K时,tCoHf=3.5 nm样品获得了最强的拓扑霍尔效应。本研究给出了三种不同结构CoHf多层膜垂直磁各向异性及霍尔效应的调控机制,为磁存储的发展提供了新的材料体系,有助于自旋器件的研发。
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