真空热蒸发FeSm/CoSm双层薄膜微观结构和磁性能的强磁场控制

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随着科技的发展,越来越多的领域对磁性薄膜材料的性能提出了更高的要求,传统的单层薄膜很难满足应用的要求。研究人员提出了多层磁性薄膜以使薄膜性能满足应用要求。尽管人们对多层磁性薄膜进行了广泛的研究,但是多层薄膜磁性能的优化仍具有一定的限度。所以,需要利用外部手段来优化磁性能。由于晶界可以阻碍磁畴壁的运动,而强磁场对薄膜具有磁化能和磁力矩等非接触作用,因此,强磁场和不同晶态的双层薄膜结构对磁性能的调控就显得意义重大。本文将强磁场引入到晶态和非晶态FeSm单层、晶态CoSm单层和FeSm/CoSm双层薄膜的制备过程中,达到利用强磁场和不同晶态的双层薄膜结构控制薄膜磁性能的目的。对于FeSm单层薄膜,研究了成分、膜厚和强磁场对薄膜的微观结构和磁性能的影响,确定了具有良好磁性能薄膜的成分和膜厚。对于CoSm单层薄膜,研究了成分、热处理和强磁场对薄膜的微观结构和磁性能的影响,确定了具有良好磁性能薄膜的成分。对于FeSm/CoSm双层薄膜,研究了不同晶态FeSm底层和强磁场对双层薄膜的微观结构和磁性能的影响。最终,确定了在双层薄膜中强磁场和不同晶态的双层薄膜结构对薄膜磁性能的调控效果。主要结论如下:(1)对于FeSm单层薄膜,结果表明:成分可以改变FeSm薄膜的晶态,但是,强磁场和膜厚不能改变薄膜的晶态。在不同成分方面,FeSm薄膜(<5.8 at.%Sm)具有晶态的结构,主要由α-Fe相组成;FeSm薄膜(>13.9 at.%Sm)具有非晶结构。随着Sm成分从5.8 at.%增加到33.0 at.%,薄膜的矫顽力增加了 1227%;饱和磁化强度降低了 74%。强磁场降低了 5.8 at.%Sm和33.0at.%Sm薄膜的矫顽力和饱和磁化强度。在不同膜厚方面,随着膜厚的增加,非晶态和晶态薄膜的饱和磁化强度和矫顽力先增大后减小,表面线粗糙度增加。强磁场降低了非晶态薄膜的饱和磁化强度和矫顽力,也降低了其表面线粗糙度。(2)对于CoSm单层薄膜,结果表明:成分和强磁场不能改变CoSm薄膜的晶态,18.4 at.%Sm薄膜依然保持着晶态的结构。随着Sm成分从6.3 at%增加到18.4 at.%,薄膜的矫顽力和饱和磁化强度降低,表面线粗糙度也降低。强磁场降低了 6.3 at%Sm和7.3 at%Sm薄膜的矫顽力和表面线粗糙度,却提高了饱和磁化强度。同时提高了 18.4 at%Sm薄膜的表面线粗糙度。(3)对于FeSm/CoSm双层薄膜,结果表明:与单层CoSm薄膜相比,双层薄膜结构和强磁场相结合能有效调控薄膜的磁性能。与底层为晶态的双层薄膜相比,底层为非晶态的双层薄膜的饱和磁化强度和矫顽力都增加。强磁场显著减小顶层CoSm薄膜的柱状晶宽度。强磁场降低了具有晶态底层的双层薄膜的表面线粗糙度、矫顽力和饱和磁化强度。强磁场更大幅度地降低了底层为非晶态的薄膜的矫顽力,提高了饱和磁化强度。
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