FeCo基磁性纳米颗粒薄膜微结构及电磁性能研究

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铁磁性金属纳米颗粒薄膜系统中存在的巨磁电阻效应、巨霍尔效应、高磁导率效应等新特性,使其在磁性传感器件、高密度记录介质、读出磁头和吸波材料等研究领域具有广阔的应用前景。 本论文用磁控溅射法在不同的工艺下制备了FeCo基软磁性纳米颗粒薄膜。使用X 荧光分析对薄膜的成分进行分析,通过扫描探针对薄膜表面形貌进行分析,使用网络矢量分析仪和振动磁强计对薄膜的磁性能进行表征,使用四探针法测量薄膜电阻率。 首先将薄膜的基础理论与本研究相结合,用带Gilbert 损耗项的Landau-Lifshitz方程和Bruggeman 有效媒质理论对由纳米磁性颗粒和非磁性介质组成的磁性颗粒膜的等效磁导率进行计算模拟,采用的模型是由磁性颗粒与非磁性介质组成的面心立方结构体系。模拟结果表明,磁谱曲线的变化趋势与实验数据一致,薄膜等效磁导率的实部和虚部都随着磁性颗粒的体积分数增加而增加。 分别制取FeCoB 薄膜、FeCoB-SiO2 纳米颗粒膜和FeCoNiB-SiO2 纳米颗粒膜。 通过对薄膜成分、微结构和电磁性能的研究发现,FeCo基纳米磁性颗粒薄膜的性质与其成分、微结构都有很大关系。通过大量实验,重点讨论了SiO2和Ni 元素对薄膜微结构和电磁磁性能的影响。得出如下结论:SiO2 在调节薄膜电阻率的同时,还使得磁性颗粒彼此分开,形成典型的颗粒薄膜结构;Ni 掺杂极大地增强了薄膜的饱和磁化强度和各向异性场,降低了矫顽力,这些直接提高了薄膜的工作频率,使得薄膜较高频率下仍表现出优异的磁性能。 通过实验制取的薄膜样品,具有一定的各向异性,具有较高的饱和磁化强度,磁导率实部和虚部峰值都达到600 以上,共振频率达到2.4GHz,电阻率达到1000μΩ ?cm,这些结果为FeCo基纳米颗粒薄膜高频应用提供了依据。
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