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《低維磁性納米材料磁各向異性和磁化翻轉行為的調控》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、密級：中國科學院大學UniVersityofChineseAcademyofSciences博士學位論文2013年s月1舢舢ⅧⅢⅢ?刪洲舢川ⅢY2382177ManIpUIatIOnOtmagnetlCanIS0trODIeSanamagnetIZatIOnreVerSaIlnlOWaImenSlonaImagnetlCnanO—matenalSByWuQiongAThesisSubmittedtoTheUniVersityofChineseAcademyofSciencesInpartiaIfuIf．¨men
2、toftherequirementForthedegreeofDoctorofScienceInStituteOfPhysiCSMaⅥ20132摘要本論文中，我們主要是利用分子束外延(MBE)的方法在多種襯底(si(111)、si(557)、HoPG)上制備了低維磁性納米結構，并在制備過程中通過襯底臺階，離子槍轟擊，傾斜入射生長等方法設計和調控了低維磁性納米材料磁各向異性和磁化翻轉行為。利用原位掃描隧道顯微鏡和磁光克爾磁強計，以及非原位的面內轉角一磁光克爾效應磁強計和磁光克爾顯微鏡等手段，對低維磁性納米結構分別
3、進行了磁性以及形貌結構等表征，并利用一致轉動模型計算和自關聯(lián)函數(shù)計算，ooMMF計算等理論計算方法與實驗結果進行了對照，對各樣品磁各向異性和磁化翻轉行為的表現(xiàn)加以了合理解釋。主要內容包括：1．我們采取了一種非常新穎的方法來調制Si(111)襯底的寬度，在這里我們控制的是襯底處理過程中直接通過樣品表面的直接加熱電流的方向。對應的生長在si(111)表面上的外延Fe薄膜的磁性質就得到了近似連續(xù)性的調制。掃描隧道顯微鏡圖像能夠體現(xiàn)出Si(1l1)襯底上的臺階寬度是能夠被加熱電流的方向連續(xù)調制的。磁光克爾效應測量的磁滯
4、回線揭示出臺階寬度對生長在Si(111)襯底上的外延Fe薄膜的磁各向異性有非常明顯的影響。自關聯(lián)函數(shù)計算的結果表明從表面形貌上誘導出的磁各向異性與我們實驗上測到的結果是符合的很好的。那么這個良好的符合性證明了在這個Fe／Si(111)體系中的可調節(jié)的單軸各向異性主要是來源于不同寬度的臺階表面上的自旋之間的長程的偶極相互作用。我們的研究工作表明了在Si(111)襯底上的Fe薄膜的磁各向異性可以被直接電流加熱的方法進行靈活的調控。在我們已知的文獻中，這種通過加熱電流方向的變化來調控Si(111)襯底上的超薄膜的磁各
5、向異性的方法是未被報道過的。這一發(fā)現(xiàn)開拓了一條新的調控磁各向異性的途徑，即采用對原子級平整臺階襯底進行修飾的方法來調控磁各向異性，這豐富了我們構造磁性納米結構和調控磁性質的能力，并具有應用上的潛力。2．我們利用氬離子槍對HOPG襯底表面進行轟擊，轟擊的電壓強度和時間可控，從而獲得表面粗糙度不同的襯底。之后采用斜入射的方法，在樣品表面生長了20個原子單層的Co薄膜，之后，將樣品取到腔外，使用面內旋轉的克爾效應磁強計來對樣品面內各個方向進行磁滯回線的測量。測量結果表明，樣品都體現(xiàn)出明顯的單軸各向異性，經(jīng)過襯底轟擊處
6、理的樣品，其矯頑力有了非常明顯的減小，而其各向異性常數(shù)的大小卻幾乎不變。通過基于一致轉動模型的模擬的磁滯回線結果比對，我們認為這種變化來源于磁化翻轉機制由于襯底粗糙度的變化而發(fā)生了改變，并且OOMMF計算的結果也應證了我們的實驗現(xiàn)象。3．我們研究了Si(557)襯底上的不同厚度的Fe磁性薄膜的各向異性。我們觀察到了Fe／Si(557)超薄膜的較寬區(qū)域的厚度誘導自旋重取向過程以及溫度誘導的自旋重取向過程，另外還研究了較厚的Fe／Si(557)的面內單軸各向異性，并討論了不同斜切角度襯底上Fe薄膜單軸各向異性方向的
7、變化。4．我們采用了通過交流磁控濺射的方法來制備的底部釘扎結構的[Co(0．6nm)／Pt(1nm)]2／Co(O．6nm)／IrMn(6nm)／Pt(2nm)／Ta(4nm)幣口[Co(0．6nm)／Pt(1nm)]2／C06。Fe。。(0．6nm)／IrMn(6nm)／Pt(2nm)／Ta(4nm)。我稈]發(fā)現(xiàn)，通過替代IrMn層鄰近的Co層為Co。。Fe。。的方法能夠實現(xiàn)垂直交換偏置場和磁化翻轉不對稱性的增強。這個鐵磁層成分的替代過程產(chǎn)生了界面交換耦合能及其分布范圍數(shù)值的增大，最終增強了交換偏置場和翻轉不
8、對稱性。關鍵詞：低維磁性納米結構，磁各向異性的調控，磁化翻轉機制，磁光克爾效應4AbstractlnthIsartIcIe，wemaInIyempIoyedMoIecuIeBeamEpitaxy(MBE)tofabricateIowdimensionaImagneticnanostructuresonVarioussubstrates(Si(111)、Si(557)、HOPG)．1nt
