Cu、Al掺杂对SmCo薄膜磁性能的影响

摘要

SmCo5因其具有极高的磁各向异性常数，能够有效保持微小晶粒的热稳定性，是实现超高密度垂直磁记录的候选材料之一。在SmCo5晶体中，Sm、Co各原子间具有强交换耦合作用，不利于磁性能的提升。且SmCo5薄膜晶粒尺寸较大，不能满足超高密度磁记录介质的要求。而对SmCo5进行元素掺杂能够有效减小晶粒尺寸、隔离晶粒并且减小交换作用，这对于改善SmCo薄膜磁性能具有十分重要的意义。
　　本文首先介绍了薄膜制备的基本工艺流程，阐述了对薄膜磁性能和微结构的相关分析测试方法。然后从理论和实验两方面分别研究Cu、Al掺杂对薄膜磁性能的影响规律。理论计算部分采用基于第一性原理的OpenMX软件，分别计算了在Co(2c)和Co(3g)两种替位方式下Cu掺杂对SmCo5的交换关联常数和居里温度的影响趋势。实验部分对SmCo5进行可控的Cu、Al掺杂，分别研究两种元素掺杂条件下SmCo5的磁性能随掺杂量变化的规律，得到最佳掺杂比例。同时，结合对薄膜微结构的相关分析，来阐释磁性能提升的原因。
　　理论计算结果表明，Cu优先取代Co(2c)位，能够有效减小SmCo5的交换关联常数和居里温度，从而提高矫顽力。实验分析结果表明，当Cu掺杂量为28.7at％时，垂直矫顽力达到最大值3796Oe。当Al掺杂含量为17.2at％时，其垂直矫顽力可达到3492Oe。晶化后元素掺杂的SmCo5薄膜呈现一定的（111）、（00l）织构，晶粒尺寸降低至31.2nm，且呈现明显的柱状结构可提供更多的畴壁钉扎位，大幅度提高了薄膜的垂直矫顽力。

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1 绪论

1.1 引言

1.2 磁记录技术的发展历程

1.3 SmCo5垂直磁化膜的研究进展

1.4 本文的研究内容和结构安排

2 薄膜样品的制备及分析测试

2.1引言

2.2 磁控溅射制备样品原理与方法

2.3 样品的制备过程

2.4 薄膜样品的磁性能测试

2.5 薄膜样品的微观分析

2.6 本章小结

3.Sm(Co,Cu)5磁性能的第一性原理计算

3.1 引言

3.2 Cu掺杂对SmCo5交换关联常数与居里温度的影响

3.3 本章小结

4. Cu掺杂SmCo5薄膜的实验研究

4.1引言

4.2 溅射功率对 Sm(Co,Cu)5薄膜成分与磁性能的影响

4.3 Cu掺杂量对SmCo5薄膜磁性能的影响

4.4 Cu掺杂量对SmCo5薄膜微结构的影响

4.5本章小结

5. Al掺杂SmCo5薄膜的实验研究

5.1 引言

5.2 底层材料的优化

5.3 磁性层厚度对SmCo5薄膜磁性能的影响

5.4 Al掺杂量对SmCo5薄膜磁性能的影响

5.5 Al掺杂量对SmCo5薄膜微结构的影响

5.6 本章小结

6. 结 论

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表的论文