稀土/过渡族金属多层膜及其点阵的磁畴结构演化过程
在稀土(RE)/过渡族(TM)元素（复合）多层膜体系中，由于RE的磁矩和TM的磁矩之间为反铁磁耦合，且REs磁矩随温度变化显著，因此可以通过改变多层膜的厚度、成分和温度，从而实现调控多层膜磁补偿点和磁各向异性的目的。以多层膜为基础，我们可以很容易地探索其在图案化和复合之后可能出现的拓扑磁畴结构如磁泡、磁性斯格明子和磁涡旋等，由于具有独特的翻转机制和拓扑稳定性，这些拓扑磁结构有着巨大的信息存储应用潜力。 本文采用高真空磁控溅射的方法制备了Fe/Gd多层膜和[Tb/Co]n/Ru/Co复合多层膜，并结合不同的微纳加工手段制备了相应的点阵结构:结合超薄双通的多孔阳极氧化铝模板、氩离子刻蚀技术制备了Fe/Gd纳米点阵结构;结合紫外光刻技术(ultraviolet photolithography)和氩离子刻蚀技术制备了[Tb/Co]n/Ru/Co的微米圆盘结构。我们采用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、超导量子干涉仪(SQUID)和磁力显微镜(MFM)等手段对样品的形貌、磁性、磁畴结构进行了表征和研究。 我们采用改进后的两步阳极氧化的方法，成功制备了500 nm超大孔径的氧化铝模板，并结合磁控溅射、氧化铝模板工艺和氩离子刻蚀技术制备了具有周期性和尺寸均匀的Fe/Gd纳米点阵结构。磁性测量结果表明，随着多层膜的厚度增加，薄膜的垂直各向异性逐渐增大，并形成垂直磁化的磁畴结构;利用MFM技术对连续膜和点阵结构进行观测，发现与连续膜初始态为条形畴不同，点阵样品可以自发形成磁泡畴结构;在改变外场的条件下，我们对磁泡的形成和湮灭进行了观测，结果表明，点阵中磁泡的稳定是由于点阵中静磁能、各向异性能共同作用的结果;低温20 K下，体系的垂直各向异性显著增大，导致点阵中的磁泡畴结构不复存在，磁畴的磁化翻转机制类似于单畴翻转。 我们结合紫外光刻技术和氩离子刻蚀技术制备了[Tb/Co]n/Ru/Co复合多层膜微米圆盘结构，通过调节中间隔离层厚度、软磁层厚度和温度，研究了微米圆盘中自发形成的拓扑双涡旋态结构。利用MFM技术观察了双涡旋态和单涡旋态在不同磁场下的演化，随着磁场增大，具有相反手性的双涡旋核的移动和双涡旋态向单涡旋态的转变。在低温下，由于硬磁层垂直各向异性的增强和软、硬磁层耦合增强，因此，我们没有观察到双涡旋态的移动。通过系列观测，我们证实了层间的静磁相互作用对复合结构中拓扑态形成的重要作用。
复合多层膜;稀土元素;过渡族元素;制备工艺;点阵结构;磁畴结构
中国科学技术大学
硕士
材料物理与化学
刘伟
2018
中文
TB383
75
2018-09-20（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）