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Cu、Cr掺杂Sm₂Co₁₇/Cu薄膜性能及磁交换偏置效应的研究

作　者: 王璨
导　师: 方庆清
学　校: 安徽大学
专　业: 材料学
关键词: SmCo薄膜结构磁性能交换偏置
分类号:
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

钐钻(SmCo)作为一种新型的稀土永磁材料,一直受到受到人们的广泛关注,其在电声电讯器件、电机、电子器件等行业的应用越来越广泛。SmCo永磁材料具有良好的磁学特性和低的温度系数,并且还有极大的单轴磁晶各向异性,使其成为一种颇具开发潜力的稀土永磁材料。本文利用脉冲激光沉积法在Si(100)衬底和玻璃衬底上制备了成分为SmCoCu/Cu/Cr和SmCoCuCr/Cu/Cr的Smco薄膜。我们重点研究了磁性层与非磁性层调节对SmCo薄膜的结构、形貌及磁学性能的影响,主要研究内容如下：1、系统研究了SmCo磁性层厚度和加镀Cu种子层对Sm2Co17/Cu/Cr薄膜结构与磁性的影响。实验发现,增加Smco磁性层厚度有利于增大矫顽力,适量的磁性层厚度可以提高薄膜的矫顽力。同时,在保持Co含量不变的情况下,通过改变Sm含量,调节Smco成分比,结果发现,适量Sm含量有利于SmCo相的生长。此外研究还发现,适量的Cu种子层厚度有助于Cu(111)生长,高质量的Cu(111)晶体层有利于SmCo相的生长。2、通过调节非磁性元素Cu与Cr的含量,系统研究了SmCo薄膜结构与磁性能。实验发现,在原有Smco成分中掺入少量的Cu,有利于提高磁性薄膜的矫顽力。同时发现,添加少量的Cr,有利于促进薄膜晶粒的细化,提高矫顽力。同时,可以减小薄膜表面的粗糙度,提高膜面的结晶质量。3、通过实验发现,在Sm2Co17(Cu, Cr)/Cu/Cr薄膜中出现了明显的磁交换偏置现象,这是之前在其他文献中很少报道的研究结果。我们系统地研究了非磁性元素调节对交换偏置效应的影响。研究发现,随着Cr含量的增加,交换偏置场增大；相反,少量的Cu更有利于交换偏置效应。因此,在保持Sm2Co17结构不变的情况下,可以通过非磁性元素的调节提高薄膜的交换偏置效应。4、深入地研究了Sm2Co17交换偏置现象的机理。我们认为,在Sm2Co17体系中存在着铁磁相(SmCo)和非铁磁相(Cu,Cr),磁性相和非磁性相在薄膜表面及层间界面处产生交换耦合作用。在我们制备的体系中,磁性SmCo和非磁性(Cu, Cr)是相互交叠的。实验发现,随着Cr层的增加,在薄膜中形成钉扎的效果越明显,非磁性相对铁磁相的钉扎作用越强,使SmCo薄膜中铁磁-非磁性相互作用中反铁磁性作用变强,正向交换偏置场增大；由于Cu的掺入含量很少,虽然影响了对磁性层的钉扎作用,但是对交换偏置影响不大；此外,在非磁性元素保持不变下,随着SmCo磁性层厚度的增加,交换偏置场减小,这与理论研究结论一致。理论研究表明：如果非磁性元素保持不变,并且铁磁层(FM)的厚度小于其畴壁的尺寸,交换偏置场将反比于铁磁层的厚度,即HE∞l/tFM;同时发现,磁性层中Sm含量增加,也会引起交换偏置的正向偏置变小,导致偏置场减小。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-7
目录  7-9
引言  9-14
  本章参考文献  12-14
第一章 SmCo结构与性能介绍  14-22
  1.1 SmCo稀土永磁膜  14-17
    1.1.1 晶体结构  14-16
    1.1.2 磁性特征  16
    1.1.3 磁性交换偏置  16-17
  1.2 SmCo薄膜研究现状与稀土永磁材料发展趋势  17-19
    1.2.1 SmCo薄膜研究现状  17-19
    1.2.2 稀土永磁材料发展趋势  19
  1.3 本文主要内容  19-20
  本章参考文献  20-22
第二章薄膜制备及表征研究  22-35
  2.1 SmCo薄膜制备方法  22-24
    2.1.1 脉冲激光沉积(PLD)  22-23
    2.1.2 磁控溅射法  23-24
    2.1.3 分子束外延法(MBE)  24
  2.2 样品表征  24-30
    2.2.1 X射线衍射(XRD)分析  24-25
    2.2.2 原子力显微镜(AFM)分析  25-26
    2.2.3 扫描电子显微镜(SEM)分析  26-28
    2.2.4 振动样品磁强计(VSM)分析  28
    2.2.5 磁光克尔效应(MOKE)分析  28-29
    2.2.6 综合物性测量系统(PPMS)分析  29-30
  2.3 本实验方法及表征  30-33
    2.3.1 基片清洗  30
    2.3.2 SmCo薄膜制备  30-32
    2.3.3 本实验样品表征  32-33
  本章参考文献  33-35
第三章磁性层与非磁性元素调节对SmCo薄膜结构和性能的影响  35-49
  3.1 磁性层调节对SmCo薄膜结构和性能的影响  35-39
    3.1.1 不同SmCo磁性层厚度  35-37
    3.1.2 不同Sm含量  37-39
  3.2 非磁性元素调节对SmCo薄膜结构和性能的影响  39-46
    3.2.1 非磁性元素中不同Cu含量  39-42
    3.2.2 非磁性元素中不同Cr含量  42-46
  3.3 不同厚度种子层Cu对SmCo/Cu/Cr薄膜的结构与磁性影响  46-47
  3.4 本章小结  47-48
  本章参考文献  48-49
第四章 Sm_2Co_(17)薄膜磁性交换偏置效应研究  49-60
  4.1 磁性交换偏置效应机理  49-50
  4.2 影响磁性交换偏置效应的因素  50-51
    4.2.1 厚度影响  50
    4.2.2 非磁性层的结构影响  50
    4.2.3 界面对交换偏置的影响  50-51
    4.2.4 交换偏置的温度效应  51
  4.3 磁性层与非磁性元素调节对交换偏置的影响  51-56
    4.3.1 非磁性元素中不同Cr含量  51-52
    4.3.2 非磁性元素中不同Cu含量  52-53
    4.3.3 不同SmCo磁性层厚度  53-55
    4.3.4 不同Sm含量  55-56
  4.4 Sm_2Co_(17)薄膜磁性交换偏置与温度变化关系  56-58
  4.5 本章小结  58-59
  本章参考文献  59-60
第五章结论  60-61
致谢  61-62
攻读硕士期间科研成果  62

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