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具有条纹磁畴结构的NiFe薄膜的制备与磁各向异性研究
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:O482.51[理学—固体物理;理学—物理]
  • 作者机构:[1]湘潭大学材料科学与工程学院,低维材料及其应用技术教育部重点实验室,薄膜材料及器件湖南省重点实验室,湘潭411105, [2]中国科学院宁波材料技术与工程研究所,中国科学院磁性材料与器件重点实验室,浙江省磁性材料及其应用技术重点实验室,宁波315201
  • 相关基金:国家自然科学基金(批准号:11374312,51525103,51522105,11372268); 国家重点研发项目(批准号:2012CB933004,2016YFA0201102); 中国科学院重点部署项目(批准号:KJZD-EWM05); 湖南省杰出青年基金(批准号:13JJ1019); 宁波市科技创新团队(批准号:2015B11001)资助的课题
中文摘要:

具有条纹磁畴结构的磁性薄膜表现出面内转动磁各向异性,对于解决高频电子器件的方向性问题起着至关重要的作用.本文采用射频磁控溅射的方法,研究了NiFe薄膜的厚度、溅射功率密度、溅射气压等制备工艺参数对条纹磁畴结构、面内静态磁各向异性、面内转动磁各向异性、垂直磁各向异性的影响规律.研究发现,在功率密度15.6 W/cm^2与溅射气压2 mTorr(1 Torr=1.33322×10^2Pa)下生长的NiFe薄膜,表现出条纹磁畴的临界厚度在250 nm到300 nm之间.厚度为300 nm的薄膜比250 nm薄膜的垂直磁各向异性场增大近一倍,从而磁矩偏离膜面形成条纹磁畴结构,并表现出面内转动磁各向异性.高溅射功率密度可以降低薄膜出现条纹磁畴的临界厚度.在相同功率密度15.6 W/cm^2下生长300 nm的NiFe薄膜,随着溅射气压由2 mTorr增大到9 mTorr,NiFe薄膜的垂直磁各向异性场逐渐由1247.8 Oe(1 Oe=79.5775 A/m)增大到3248.0 Oe,面内转动磁各向异性场由72.5 Oe增大到141.9 Oe,条纹磁畴周期从0.53μm单调减小到0.24μm.NiFe薄膜的断面结构表明柱状晶的形成是表现出条纹磁畴结构的本质原因,高功率密度下低溅射气压有利于柱状晶结构的形成,表现出规整的条纹磁畴结构,高溅射气压会导致柱状晶纤细化,面内转动磁各向异性与面外垂直磁各向异性增强,条纹磁畴结构变得混乱.

英文摘要:

Magnetic anisotropy is one of the most important fundamental properties of magnetic film. For the high-frequency applications, the magnetic anisotropy determines the ferromagnetic resonance frequency of magnetic film. Due to the directionality of conventional static magnetic anisotropy in magnetic film, the high-frequency device usually exhibits a remarkable angular dependent behavior. Only when the microwave magnetic field is perpendicular to the magnetic anisotropy, can the device work at the best performance. The magnetic film with a thickness beyond a critical value displays a stripe domain structure as well as an in-plane rotatable magnetic anisotropy, which can be an important strategy to solve the problem of magnetic field orientation dependent performance in high-frequency device. Thus,the fabrication, the magnetic anisotropy, the magnetic domain and the high-frequency behavior for magnetic film with stripe domain structure have received extensive attention. Previously, a lot of studies have qualitatively indicated that the different fabrication processes could change the critical thickness values of displaying stripe domains, the magnetic domains, and the magnetic anisotropies in many magnetic films. However, the quantitative investigation, especially regarding the magnetic anisotropy which determines the high-frequency behaviors of magnetic films, is less. NiFe alloys display excellent soft magnetic properties, which have been extensively applied to various spintronic devices. In addition,the stripe magnetic domain is discovered for the first time in NiFe film. In this work, we fabricate NiFe magnetic thin films by using radio frequency magnetron sputtering technique at room temperature and quantitatively study the effects of film thickness, sputtering power density and Ar pressure on the magnetic domain structure, in-plane static magnetic anisotropy, in-plane rotatable magnetic anisotropy and out-of-plane magnetic anisotropy. For NiFe films fabricated at a power density of 15.6 W/cm^2 and an Ar pressur

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
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