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层间耦合多层膜的高频动力学行为

2020-12-02阅读(213)

层间耦合多层膜的高频动力学行为

论文摘要

交换作用广泛存在于磁性材料内部和不同材料的界面处。由层间耦合引起的诸如转动各向异性、光学支铁磁共振、巨磁电阻效应和交换偏置效应等为薄膜材料的性能研究提供了新的方向和思路。发现层间耦合的新规律,调控多层膜的高频磁性已然成为目前的研究热点。本论文以层间交换耦合铁磁多层膜为载体,重点开展了转动各向异性、光学支铁磁共振和层间交换耦合低温特性的研究,取得的创新性结果如下:1.在Fe20Ni80/FeMn双层薄膜中实现了无偏置转动各向异性。调控层间交换耦合实现了无偏置的转动各向异性,得到了面内360°不为零的磁导率;实验上成功地区分了单向和转动各向异性,验证了Stiles等人关于交换偏置和转动各向异性分别来源于反铁磁晶粒的可逆和不可逆转动的理论。2.发现了Fe20Ni80/Co双层膜界面处的交换场与膜厚的平方成反比。对比声学支共振频率的变化规律,发现光学支的共振频率随Fe20Ni80的厚度增加而减小,其主要原因是层间交换耦合场的减小。拟合声学支和光学支的共振频率-磁场曲线,发现耦合场0)和膜厚满足0)<sup>-2,交换耦合常数=0.57×10-6erg?cm。在Co层中掺入Zr元素改变层间交换耦合可进一步调控光学支共振频率。3.发现了Fe20Ni80/Co双层膜的光学支磁导率随外磁场增加而增加。构建了层间耦合双层膜的磁化强度动力学模型,得到了双层膜的色散关系和磁导率表达式。结合实验结果,证明了两层磁矩的反相位进动导致了光学支磁导率的增加。理论计算还发现随着外场增加,光学支磁导率先增加后减小,极值点对应的磁场不仅与膜厚有关,而且与外加磁场的方向有关。4.发现Fe20Ni80/Co双层膜的交换耦合常数inter与温度的关系中<1。测量了不同温度下Fe20Ni80/Co双层膜的变频扫场铁磁共振,证明了inter（）和的关系满足:inter（）/inter（0）≈1-。其中,=0.59远小于文献中给出的1.5,这一不同可能来自于铁磁层的饱和磁化强度差异。

论文目录

  • 中文摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  •   1.1 研究背景
  •     1.1.1 交换耦合的类型
  •     1.1.2 层间交换耦合能
  •   1.2 层间交换耦合的测定
  •     1.2.1 静态表征
  •     1.2.2 动态表征
  •   1.3 层间交换耦合引起的光学支铁磁共振
  •   1.4 本论文选题依据与研究内容
  •   参考文献
  • 第二章 理论和实验基础
  •   2.1 磁化强度的运动方程
  •   2.2 单层膜的磁化动力学方程
  •     2.2.1 磁化强度的本征进动频率
  •     2.2.2 有阻尼时薄膜样品的张量磁化率
  •   2.3 层间耦合双层膜磁化强度动力学
  •     2.3.1 铁磁双层膜的自由能
  •     2.3.2 双层膜的铁磁共振模式
  •   2.4 实验基础
  •     2.4.1 样品制备
  •     2.4.2 样品膜厚表征
  •     2.4.3 静态磁特性的表征
  •     2.4.4 矢量网络分析仪（PNA）测试磁导率
  •     2.4.5 铁磁共振（FMR）测试
  •   参考文献
  • 20Ni80/FeMn双层膜体系的转动各向异性研究'>第三章 非交换偏置Fe20Ni80/FeMn双层膜体系的转动各向异性研究
  •   3.1 转动各向异性的物理机制
  • 20Ni80/FeMn双层膜样品制备'>  3.2 Fe20Ni80/FeMn双层膜样品制备
  • 20Ni80/FeMn双层膜的磁滞回线'>  3.3 Fe20Ni80/FeMn双层膜的磁滞回线
  •   3.4 转动各向异性的测量
  •   3.5 本章总结
  •   参考文献
  • 20Ni80/Co双层膜层间交换耦合与膜厚的关系'>第四章 Fe20Ni80/Co双层膜层间交换耦合与膜厚的关系
  •   4.1 双各向异性模型简介
  • 20Ni80/Co双层膜的制备及静态磁特性表征'>  4.2 Fe20Ni80/Co双层膜的制备及静态磁特性表征
  •     4.2.1 样品制备
  •     4.2.2 静态磁特性表征
  • 20Ni80/Co双层膜的动态磁特性'>  4.3 Fe20Ni80/Co双层膜的动态磁特性
  •     4.3.1 零场磁谱
  •     4.3.2 扫场磁谱
  •   4.4 材料成分改变对光学支铁磁共振的影响
  •   4.5 本章总结
  •   参考文献
  • 20Ni80/Co双层膜中光学模式的铁磁共振模式'>第五章 Fe20Ni80/Co双层膜中光学模式的铁磁共振模式
  • 20Ni80/Co磁性双层膜的静态磁特性'>  5.1 Fe20Ni80/Co磁性双层膜的静态磁特性
  •   5.2 双层膜的铁磁共振模式
  • 20Ni80/Co双层膜磁导率'>  5.3 零场下的Fe20Ni80/Co双层膜磁导率
  •   5.4 低场下的双层膜磁导率
  •   5.5 高场下的光学支共振峰值
  •   5.6 本章总结
  •   参考文献
  • 20Ni80/Co双层膜中的低温铁磁共振'>第六章 Fe20Ni80/Co双层膜中的低温铁磁共振
  •   6.1 交换作用温度依赖关系的物理机制
  •     6.1.1 来自界面的贡献
  •     6.1.2 来自磁性层的贡献
  •   6.2 理论与实验方法
  •     6.2.1 色散关系
  •     6.2.2 铁磁共振吸收公式的推导
  •     6.2.3 铁磁共振测试方法
  •   6.3 变温铁磁共振实验结果与讨论
  • 20Ni80/Co双层膜铁磁共振吸收曲线'>    6.3.1 Fe20Ni80/Co双层膜铁磁共振吸收曲线
  •     6.3.2 层间交换耦合的温度依赖性
  •     6.3.3 共振线宽和阻尼
  •   6.4 本章总结
  •   参考文献
  • 第七章 总结与展望
  •   7.1 论文总结
  •   7.2 展望
  • 在学期间的学术成果
  • 致谢

    • 文章来源

    类型: 博士论文

    作者: 汪文峰

    导师: 薛德胜,柴国志

    关键词: 层间交换耦合,光学支铁磁共振,多层膜,高频磁性

    来源: 兰州大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑

    专业: 物理学,材料科学,工业通用技术及设备

    单位: 兰州大学

    基金: 国家自然科学基金项目(编号:51471080,11674143,51371093),国家重点基础研究发展计划(编号:2012CB933101),中央高校基本科研专项基金(编号:No.lzujbky-2016-117),教育部长江学者和创新团队发展计划(编号:IRT-16R35)

    分类号: TB383.2;O482.54

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