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具有极高磁晶各向异性的L10相FePt合金,是下一代超高密磁记录介质的首选材料之一,所以近年来对L10-FePt薄膜的研究成为磁记录的一个热点。对于FePt体系来说,降低有序化温度、颗粒大小一致且彼此均匀由非磁材料分隔、晶粒c-轴沿面内或者垂直膜面取向是这一体系作为实用化磁记录介质(纵向或者垂直)要解决的三大问题。本文针对这三个问题进行了系统的研究。
对于FePt薄膜的低温有序化以及晶粒间交换耦合作用方面的研究,笔者制备了Ta/FePt/C、Ta/Bi/FePt/C系列多层膜,研究了Ta和Ta/Bi缓冲层的引入对于FePt薄膜有序相的形成以及FePt晶粒之间交换耦合作用的影响。实验发现,退火过程中,Ta原子沿着FePt晶粒边界向FePt层扩散,同时,Pt原子也向Ta缓冲层扩散,两者有效地促进了FePt薄膜有序相的形成,并一定程度上减小了FePt晶粒之间的交换耦合相互作用。当把很薄的Bi原子层插入到Ta层和FePt层之间后,Bi原子的低温扩散极大加强了Ta原子沿FePt晶粒边界向FePt层内的迁移,进一步强烈加速了FePt薄膜的有序化,同时更加有效地降低了FePt晶粒之间的交换耦合相互作用,这两点对于FePt基的磁记录介质材料走向实用化是非常重要的。
在FePt薄膜(001)取向问题的研究中,至今大部分研究者都采用加热MgO单晶基片的方法来外延生长有序化FePt(001)薄膜。由于MgO单晶基片昂贵,无法大规模应用于工业生产。本文采用室温下生长MgO底层诱导FePt薄膜(001)取向,研究了FePt(001)薄膜的有序化过程对FePt成分的依赖关系。首次发现,具有MgO底层的FePt(001)薄膜最容易实现有序化的成分在富Fe范围(Fe原子比59%),而非通常的等原子比附近,更与加热MgO单晶基片对应的富Pt范围(Fe原子比38%)完全相反。此外,还研究了MgO底层的厚度对于FePt(001)薄膜的有序化以及磁特性的影响。实验发现,对于室温生长在MgO底层上的Fe59Pt41(001)薄膜,MgO底层厚度的改变可显著影响它的有序化进程,除MgO底层形貌的影响,笔者提出界面应力和FePt中的应力弛豫对FePt有序化具有重要作用。上述实验结果证明通过后加热处理室温下生长于MgO底层的FePt薄膜,是制备垂直取向有序化FePt薄膜的一条有效途径,而这一方法具有一些不同于通常基片加热原位制备(001)取向的有序化FePt薄膜的特点。