具有合成反铁磁结构的L10FePt基垂直交换耦合复合薄膜的研究

摘要

近年来，随着信息量的急剧膨胀，迫切要求信息存储系统的容量急剧增加。目前为止，在众多的信息存储技术中，磁记录技术仍是最主要的大容量存储技术。由于超顺磁效应的限制，1 Tb/in2的存储密度是目前普通记录介质的极限。L10-FePt有序合金作为新一代磁记录介质材料，具有极高的磁晶各向异性(107erg/cc)，在超细晶粒尺寸(3～5nm)情况下仍具有很高的热稳定性，可以实现10Tb/in2的超高面记录密度。为了解决FePt热稳定性和可写性的矛盾，交换耦合介质(Exchange coupled composite，ECC)被提出并受到广泛研究。在ECC介质的研究中，不同的软磁材料作为软磁层与硬磁层FePt耦合，如Fe、[Co/X](X=Ni、Pt)多层膜等，且在一定程度上降低了矫顽力保持了热稳定性。然而为了使ECC介质的矫顽力足够小，必须要增加软磁层的厚度，这必将带来热稳定性的下降以及开关场分布(SFD)变宽。为了解决这些问题，一种改进的反铁磁交换耦合的结构被提出(AFC-ECC)，即将ECC单元与软磁材料反铁磁耦合在一起。本论文通过在FePt上生长合成反铁磁结构实现了这种结构。本文围绕着基于L1o-FePt的垂直取向型AFC-ECC介质进行了一系列的研究工作。
　　首先我们使用具有垂直取向的[Co/Ni]N/Ru/[Co/Ni]M合成反铁磁结构与L10-FePt耦合制备出了FePt/[Co/Ni]N/Ru/[Co/Ni]M复合薄膜。在这种复合薄膜中，薄膜的矫顽力随着非磁性Ru厚度的增加振荡变化。且当FePt/[Co/Ni]N和[Co/Ni]M之间为反铁磁耦合时，薄膜的矫顽力最低。在这种结构中[Co/Ni]N厚度的不同将会产生不同程度的矫顽力变化。另外我们发现反铁磁耦合的引入导致热稳定性的提升和开关场分布变窄。这种结构还拥有高的翻转场角度容忍性。
　　其次对这种垂直取向复合结构的磁化翻转行为进行研究。通过对样品回复曲线和磁电阻的测量，发现复合结构的磁化翻转过程随Ru层厚度的变化而不同。对于反铁磁耦合的样品，[Co/Ni]M的磁化翻转带动了[Co/Ni]N磁矩的偏转，从而实现FePt/[Co/Ni]N的磁化翻转。最后我们通过微磁学模拟对磁化翻转过程进行了详细的研究，结果表明反铁磁耦合的引入促进了AFC-ECC结构的磁化翻转。

目录

声明

摘要

第一章 前言

§1．1 硬盘存储技术原理与发展

§1．1．1 硬盘结构及磁记录原理

§1．1．2 垂直磁记录原理与优势

§1．1．3 垂直记录的“三难问题”

§1．2 交换耦合复合磁记录介质

§1．2．1 交换耦合复合介质的原理

§1．2．2 L10-FePt有序合金薄膜

§1．3 本文的主要研究内容

第二章 薄膜的制备与性能表征

§2．1 薄膜的制备

§2．2 薄膜的表征方法

§2．2．1 薄膜的厚度测量

§2．2．2 微结构的测量

§2．2．3 薄膜磁性能的测量

§2．2．4 磁电阻的测量

§2．3 小结

第三章 L10FePt-[Co／Ni]N／Ru／[Co／Ni]M—具有合成反铁磁结构的垂直交换耦合薄膜

§3．1 研究背景介绍

§3．2 样品的制备

§3．3 FePt／[Co／Ni]N／Ru／[Co／Ni]M复合薄膜的研究

§3．3．1 垂直取向的[Co／Ni]N多层膜与合成反铁磁结构

§3．3．2 L10-FePt／[Co／Ni]N的晶体结构与翻转场变化

§3．3．3 [Co／Ni]多层膜的不同周期数N、M对FePt／[Co／Ni]N／Ru／[Co／Ni]M的影响

§3．3．4 FePt／[Co／Ni]5／Ru／[Co／Ni]10翻转过程的研究

§3．3．5 翻转场的角度特性

§3．3．6 FePt／[Co／Ni]s／Ru／[Co／Ni]10的热稳定性研究

§3．3．7 开关场分布的对比

§3．3．8 晶粒间的磁相互作用

§3．4 AFC-ECC结构磁化翻转过程的微磁学模拟

§3．4．1 微磁学单元划分

§3．4．2 微磁学模型及模拟结果

§3．4．3 磁化翻转机制的研究

§3．5 小结

第四章 FePt／[Co／Ni]5／Ru／[Co／Ni]10的磁电阻效应

§4．1 研究背景介绍

§4．2 FePt-CN-Ru结构磁电阻的变化及磁化翻转过程研究

§4．3 温度对FePt-CN-Ru结构磁电阻的作用

§4．4 小结

第五章 总结与展望

参考文献

硕士期间已发表论文

致谢