FeCo基磁各向异性三明治薄膜的层间交换耦合及光学模共振增强研究
发布时间：2022-01-23 13:28
基于铁磁共振的射频和微波器件被广泛地应用于通讯、信息、航空航天以及军事等领域,科技的不断发展对器件的共振频率提出更高的要求。软磁材料的铁磁共振频率决定了磁性高频器件的工作频率上限。随着当今集成电路技术的发展,无外加偏置磁场（自偏置）条件下的高频软磁薄膜材料成为急需材料。近年来,针对具有磁各向异性的自偏置高频软磁薄膜材料开展了大量的研究工作,如利用倾斜溅射、成分梯度溅射、铁磁/反铁磁层间耦合、磁电耦合等。然而,自偏置铁磁共振频率10 GHz以上的软磁薄膜依然很难获得。最近本课题组发现,在具有强层间耦合作用的铁磁/非磁/铁磁（FM/NM/FM）三明治薄膜中,通过调控铁磁层之间的磁矩相对取向,可以得到铁磁共振频率高达18 GHz以上的纯光学模共振,且具有很高的磁导率,有望成为一类具有实用价值的高频软磁材料。因此,研究层间交换耦合机理,调控光学模共振频率和磁导率,成为重要的研究课题。本论文围绕FeCo基磁各向异性三层膜中光学模的形成和调控机制,从样品制备方法、中间非磁层厚度以及通过磁电耦合效应调控等多方面入手开展了一系列工作,主要内容概括如下:（1）通过倾斜溅射法和成分梯度溅射法两种工艺分别制...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：203 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－２?Ｃｏ基、Ｆｅ基薄膜高频性能与初始磁导率的关系图［４（＞１??
?山东大学博士学位论文???磁界面交换耦合法制备的薄膜／／Ｋ?：?５００￣７５００ｅ，／ｊ？高达５￣１０ＧＨｚ。界面效应赋??予了多层膜许多独特的磁特性，在反铁磁耦合的多层膜中发现了巨磁电阻效应??［８２－８４ｌ?ＦＭ／ＡＦＭ双层膜结构中发现了交换偏置效应［８５＿８７１，以及在层间耦合体系??中还发现了光学支铁磁共振［８２，８８＿９（）］。层间耦合双层膜的声学模和光学模共振磁化??进动示意图如图１－３所示。??．?ＦＭｌ?ＦＭ１??ＦＭ２?ＦＭ２??ＨＡ??图１－３层间耦合双层膜的声学模和光学模共振磁化进动示意图同相进动??为声学模共振（左），反相进动为光学模共振（右）??］９８８年，丨丨ｅｉＩｉｒｉｄｉｌ９２ｉ等人在超薄外延单品Ｎｉ／Ｆｅ双层膜屮冴次观察到由层间??交换耦合引起的光学梭铁磁共振，并给出丫＿于Ｌａｎｄａｎ－Ｌｉｆｓｈｉｔｚ方程的理论解??释。在层间耦合的双层膜动力学方程求解时，他们发现色敗关系拥打两个打意义??的解。两个解即对应于声学支和光学支铁磁共振，其中光学支强烈依赖７耦合强??度。图卜４是其根据理论计算得到的１０－ＭＬ?（ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）?Ｆｅ／６－ＭＬ?Ｆｅ弱耦合双层??膜的共振频率和共振幅值随耦合强度的依赖关系，其中４＃符号为正代表铁??磁耦合。当耦合强度从０增大时，声学模共振频率和幅值基本不变；而光学模频??率强烈依赖于尤＜５，与其成线性关系，幅值急遽减校Ｘ＃符号为负时的反铁磁耦??合，两共振模式的变化与铁磁耦合时相反。??７??
?ｉｓｏ－??Ｏｐｔｉｃａｌ??Ａｃｏｕｓｔｉｃ?Ａｍｐ．???＾?＾Ｔ＾ｒ－丨０??＼?／?Ｘ?Ａｃｏｕｓｉｉｃ?Ａｍｐ．??『?１／?！??Ｉ?……—／Ｋ?—￣４??ｓ〇?／?Ｊｌ?Ｍｉｘｅｄ?Ｍｏｄｅｓ?＜??，ｚ?Ａ??Ｏｐｔｉｃａｌ?Ｍｏｄｅ／?／?■?＼??７?／ｉ＼??／?Ｏｐｔｉｃａｌ?Ａｍｐ．??－２ｘｌＯ＊８?－?Ｉ０＇ｇ?０．０?ｔＯ．８?２ｘＩ０＊Ｘ??Ｉｎｔｅｒ?ｌａｙｅｒ?Ｆｘｃｌｉａｎｇｃ?Ａ?＾Ｃｃｒｇ／ｃｍ）??图１－４?ｌＯ－ＭＬ（ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）?Ｆｅ／６－ＭＬＦｅ弱？稱合双层膜声学支和光学支铁磁共振??频率和幅值随层间耦合强度的变化关系１９２，９３］??１９８９年，ＫｒｅｂｓｌＷ在实验中观察到了声学支和光学支两个铁磁共振模式，利??用测量得到的声学模共振和光学模共振的色散关系，求出了?Ｆｅ／Ｃｒ／Ｆｅ三层膜结??构中耦合强度的大小，并得到了交换强度．／／Ｍ与Ｃｒ中间层厚度的依赖关系。在??ｔｏ■二１６?Ａ时，耦合作用最强。中间层厚度继续增加时，耦合作用变弱。中间层??厚度减小逐渐到零时，耦合作用消失转变为铁磁性。且中间层的粗糙度会导致．／??的下降，这一点在其他文献中也有报道１９５，％１。其随后又在理论上给出了共振频率??和角度之间的依赖关系｜８８１。??Ｌａｙａｄｉｌ９７－％在多层膜光学模铁磁共振方面做出了许多重要的工作，对于层间??耦合的三明治结构，根据自由能极小条件从理论上推导了声学支和光学支铁磁共??振模式，系统研宄了耦合系数．／ｉ和Ｊ２对铁磁共振频率和共振强度的影响，并??具体给出了色散关系、共振强度以及线宽的表达式。??近年来
【参考文献】：
期刊论文
[1]Thickness-dependent magnetic anisotropy in obliquely deposited Fe（001）/Pd thin film bilayers probed by VNA-FMR[J]. Qeemat Gul,何为,李岩,孙瑞,李娜,杨旭,李阳,弓子召,谢宗凯,张向群,成昭华. Chinese Physics B. 2019(07)
[2]High frequency magnetic properties of ferromagnetic thin films and magnetization dynamics of coherent precession[J]. 蒋长军,范小龙,薛德胜. Chinese Physics B. 2015(05)
[3]高性能软磁材料的研究进展[J]. 赵占奎,邓娜,昝朝,王明罡. 长春工业大学学报(自然科学版). 2012(05)
[4]铁磁共振法测磁各向异性[J]. 顾文娟,潘靖,杜薇,胡经国. 物理学报. 2011(05)
[5]磁性薄膜高频磁导率测量方法及其研究进展[J]. 吴卫波,付若鸿,钟智勇,张怀武. 磁性材料及器件. 2008(06)
[6]微带法测试薄膜0.55G磁导率[J]. 彭显旭,江建军,张秀成,何华辉. 功能材料. 2006(02)
[7]真空与磁场热处理改善FeCo合金的软磁性能[J]. 毕晓昉,张善庆,朱芳镇,徐惠彬. 北京航空航天大学学报. 2004(10)
[8]薄膜材料复介电常数与复磁导率测试研究[J]. 张秀成,聂彦,何华辉,江建军. 华中科技大学学报(自然科学版). 2004(04)
[9]MHz频段颗粒型纳米晶T-M-O系软磁性薄膜及其应用[J]. 吴安国. 电子元器件应用. 2000(11)
[10]MHz频段颗粒型纳米晶T-M-O系软磁性薄膜及其应用[J]. 吴安国. 电子元器件应用. 2000 (11)
博士论文
[1]层间耦合多层膜的高频动力学行为[D]. 汪文峰.兰州大学 2019
[2]铁磁/铁电复合系统的磁化强度动力学研究[D]. 王凤龙.兰州大学 2017
[3]Fe基软磁薄膜的高频磁性研究[D]. 曹德让.兰州大学 2016
[4]电化学沉积法制备FeCo基软磁薄膜高频磁性的调控[D]. 王振坤.兰州大学 2012
[5]纳米晶薄膜芯材及其应用基础研究[D]. 蒋向东.电子科技大学 2005
硕士论文
[1]层间耦合FM/NM/FM体系高频磁性研究[D]. 王文强.兰州大学 2019
[2]共面波导测试磁性薄膜微波磁性能[D]. 骆俊百.电子科技大学 2014
[3]软磁薄膜材料高频响应的微磁学研究[D]. 田俊红.兰州大学 2006
本文编号：3604437
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：203 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－２?Ｃｏ基、Ｆｅ基薄膜高频性能与初始磁导率的关系图［４（＞１??
?山东大学博士学位论文???磁界面交换耦合法制备的薄膜／／Ｋ?：?５００￣７５００ｅ，／ｊ？高达５￣１０ＧＨｚ。界面效应赋??予了多层膜许多独特的磁特性，在反铁磁耦合的多层膜中发现了巨磁电阻效应??［８２－８４ｌ?ＦＭ／ＡＦＭ双层膜结构中发现了交换偏置效应［８５＿８７１，以及在层间耦合体系??中还发现了光学支铁磁共振［８２，８８＿９（）］。层间耦合双层膜的声学模和光学模共振磁化??进动示意图如图１－３所示。??．?ＦＭｌ?ＦＭ１??ＦＭ２?ＦＭ２??ＨＡ??图１－３层间耦合双层膜的声学模和光学模共振磁化进动示意图同相进动??为声学模共振（左），反相进动为光学模共振（右）??］９８８年，丨丨ｅｉＩｉｒｉｄｉｌ９２ｉ等人在超薄外延单品Ｎｉ／Ｆｅ双层膜屮冴次观察到由层间??交换耦合引起的光学梭铁磁共振，并给出丫＿于Ｌａｎｄａｎ－Ｌｉｆｓｈｉｔｚ方程的理论解??释。在层间耦合的双层膜动力学方程求解时，他们发现色敗关系拥打两个打意义??的解。两个解即对应于声学支和光学支铁磁共振，其中光学支强烈依赖７耦合强??度。图卜４是其根据理论计算得到的１０－ＭＬ?（ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）?Ｆｅ／６－ＭＬ?Ｆｅ弱耦合双层??膜的共振频率和共振幅值随耦合强度的依赖关系，其中４＃符号为正代表铁??磁耦合。当耦合强度从０增大时，声学模共振频率和幅值基本不变；而光学模频??率强烈依赖于尤＜５，与其成线性关系，幅值急遽减校Ｘ＃符号为负时的反铁磁耦??合，两共振模式的变化与铁磁耦合时相反。??７??
?ｉｓｏ－??Ｏｐｔｉｃａｌ??Ａｃｏｕｓｔｉｃ?Ａｍｐ．???＾?＾Ｔ＾ｒ－丨０??＼?／?Ｘ?Ａｃｏｕｓｉｉｃ?Ａｍｐ．??『?１／?！??Ｉ?……—／Ｋ?—￣４??ｓ〇?／?Ｊｌ?Ｍｉｘｅｄ?Ｍｏｄｅｓ?＜??，ｚ?Ａ??Ｏｐｔｉｃａｌ?Ｍｏｄｅ／?／?■?＼??７?／ｉ＼??／?Ｏｐｔｉｃａｌ?Ａｍｐ．??－２ｘｌＯ＊８?－?Ｉ０＇ｇ?０．０?ｔＯ．８?２ｘＩ０＊Ｘ??Ｉｎｔｅｒ?ｌａｙｅｒ?Ｆｘｃｌｉａｎｇｃ?Ａ?＾Ｃｃｒｇ／ｃｍ）??图１－４?ｌＯ－ＭＬ（ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）?Ｆｅ／６－ＭＬＦｅ弱？稱合双层膜声学支和光学支铁磁共振??频率和幅值随层间耦合强度的变化关系１９２，９３］??１９８９年，ＫｒｅｂｓｌＷ在实验中观察到了声学支和光学支两个铁磁共振模式，利??用测量得到的声学模共振和光学模共振的色散关系，求出了?Ｆｅ／Ｃｒ／Ｆｅ三层膜结??构中耦合强度的大小，并得到了交换强度．／／Ｍ与Ｃｒ中间层厚度的依赖关系。在??ｔｏ■二１６?Ａ时，耦合作用最强。中间层厚度继续增加时，耦合作用变弱。中间层??厚度减小逐渐到零时，耦合作用消失转变为铁磁性。且中间层的粗糙度会导致．／??的下降，这一点在其他文献中也有报道１９５，％１。其随后又在理论上给出了共振频率??和角度之间的依赖关系｜８８１。??Ｌａｙａｄｉｌ９７－％在多层膜光学模铁磁共振方面做出了许多重要的工作，对于层间??耦合的三明治结构，根据自由能极小条件从理论上推导了声学支和光学支铁磁共??振模式，系统研宄了耦合系数．／ｉ和Ｊ２对铁磁共振频率和共振强度的影响，并??具体给出了色散关系、共振强度以及线宽的表达式。??近年来
【参考文献】：
期刊论文
[1]Thickness-dependent magnetic anisotropy in obliquely deposited Fe（001）/Pd thin film bilayers probed by VNA-FMR[J]. Qeemat Gul,何为,李岩,孙瑞,李娜,杨旭,李阳,弓子召,谢宗凯,张向群,成昭华. Chinese Physics B. 2019(07)
[2]High frequency magnetic properties of ferromagnetic thin films and magnetization dynamics of coherent precession[J]. 蒋长军,范小龙,薛德胜. Chinese Physics B. 2015(05)
[3]高性能软磁材料的研究进展[J]. 赵占奎,邓娜,昝朝,王明罡. 长春工业大学学报(自然科学版). 2012(05)
[4]铁磁共振法测磁各向异性[J]. 顾文娟,潘靖,杜薇,胡经国. 物理学报. 2011(05)
[5]磁性薄膜高频磁导率测量方法及其研究进展[J]. 吴卫波,付若鸿,钟智勇,张怀武. 磁性材料及器件. 2008(06)
[6]微带法测试薄膜0.55G磁导率[J]. 彭显旭,江建军,张秀成,何华辉. 功能材料. 2006(02)
[7]真空与磁场热处理改善FeCo合金的软磁性能[J]. 毕晓昉,张善庆,朱芳镇,徐惠彬. 北京航空航天大学学报. 2004(10)
[8]薄膜材料复介电常数与复磁导率测试研究[J]. 张秀成,聂彦,何华辉,江建军. 华中科技大学学报(自然科学版). 2004(04)
[9]MHz频段颗粒型纳米晶T-M-O系软磁性薄膜及其应用[J]. 吴安国. 电子元器件应用. 2000(11)
[10]MHz频段颗粒型纳米晶T-M-O系软磁性薄膜及其应用[J]. 吴安国. 电子元器件应用. 2000 (11)
博士论文
[1]层间耦合多层膜的高频动力学行为[D]. 汪文峰.兰州大学 2019
[2]铁磁/铁电复合系统的磁化强度动力学研究[D]. 王凤龙.兰州大学 2017
[3]Fe基软磁薄膜的高频磁性研究[D]. 曹德让.兰州大学 2016
[4]电化学沉积法制备FeCo基软磁薄膜高频磁性的调控[D]. 王振坤.兰州大学 2012
[5]纳米晶薄膜芯材及其应用基础研究[D]. 蒋向东.电子科技大学 2005
硕士论文
[1]层间耦合FM/NM/FM体系高频磁性研究[D]. 王文强.兰州大学 2019
[2]共面波导测试磁性薄膜微波磁性能[D]. 骆俊百.电子科技大学 2014
[3]软磁薄膜材料高频响应的微磁学研究[D]. 田俊红.兰州大学 2006
本文编号：3604437
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/jckxbs/3604437.html