磁力显微镜在纳米磁性薄膜磁畴研究中的应用

摘要

本论文的工作主要分为两个方面:对磁力显微镜及其检测方法本身的研究和使用磁力显微镜研究薄膜磁畴结构的变化。磁力显微镜及其检测方法部分主要探讨了磁力显微镜的成像原理,着重研究了针尖状态影响磁畴成像的因素,以及减弱或消除这些影响的方法。应用磁力显微镜研究薄膜磁畴结构的变化部分主要研究了工艺、外加应力与剩余磁化强度对软磁薄膜磁畴结构的影响。实验结果表明:通过MFM观察不同厚度Co60Fe20B20软磁薄膜的磁畴结构,发现垂直各向异性随着薄膜厚度的增大而逐渐增强。在薄膜的表面形貌像上观察到了在溅射过程中薄膜表面形貌随薄膜厚度增大表面颗粒感上升的现象。当薄膜厚度小于20nm时,磁畴尺寸随薄膜厚度的增大而减小;当薄膜厚度大于20nm时,磁畴尺寸随薄膜厚度的增大而增大,厚度在20nm附近时,畴壁尺寸达到一个最小值。观察不同工作气压下制备得到的Co9.8Fe81Si7B2.2薄膜的磁畴结构,发现在工作气压增大的初期薄膜的化学成分受到的影响较小,但是薄膜表面的形貌变化较大,所以随着工作气压增大薄膜表面出现分布均匀的颗粒,薄膜表面磁畴结构受形状各向异性的影响而使垂直各向异性变大;但是在工作气压大于2.5pa后,由于Co与Fe原子缺失导致了薄膜垂直各向异性的减小。观察不同大小的外加张应力与外加压应力对Co9.8Fe81Si7B2.2磁畴结构的影响,发现当外加张应力时,薄膜磁畴结构随外加张应力的增大逐渐由原来的迷宫畴转变为条状畴,并且磁畴壁由杂乱逐渐转变为沿平行张应力方向,并且磁畴尺寸也随张应力增大逐渐变宽。当外加压应力时,薄膜磁畴结构随外加压应力的增大逐渐由迷宫畴变为条状畴,并且磁畴壁逐渐转变为垂直压应力方向,磁畴尺寸也随压应力增大逐渐变宽。观察了剩余磁化强度对CoFe2O4薄膜磁畴结构的影响,发现剩余磁化强度对薄膜的磁畴结构的影响是由磁畴壁位移磁化过程和磁畴的转动共同作用的结果,正是这两种作用才使薄膜磁畴结构由原来的斑点状磁畴结构转变为网状结构,并且单个斑点畴的尺寸也随剩余磁化强度的增大而增大。而当外加磁场强度达到一定值后,薄膜的磁畴结构并不随着外加磁场的增大而发生变化,这是由于外加磁场虽然还在增大,当把外加磁场撤去后薄膜的剩余磁化强度大小已经达到饱和并不再随外加场增大而增大。

目录

摘要

Abstract

第一章 前言

1.1 课题背景

1.2 国内外研究动态

1.3 本论文的工作

第二章 磁畴的磁力显微镜检测技术

2.1 铁磁材料与磁畴

2.1.1 铁磁性材料

2.1.2 磁畴的性质

2.2 磁畴观察技术

2.3 磁力显微镜的介绍

2.3.1 磁力显微镜的发展历史

2.3.2 扫描力显微镜的原理

2.3.3 磁力显微镜的磁畴成像

2.4 本论文中的磁力显微镜及实验过程的影响因素和解决方案

2.4.1 本论文中的磁力显微镜

2.4.2 实验过程中的影响因素和解决方案

第三章 工艺条件对磁畴结构的影响

3.1 薄膜厚度对磁畴结构的影响

3.1.1 不同薄膜厚度样品的制备与表征手段

3.1.2 实验结果

3.1.3 实验结果分析

3.2 工作气压对薄膜磁畴结构的影响

3.2.1 不同工作气压下薄膜样品的制备

3.2.2 实验结果

3.2.3 实验结果分析

3.3 本章小结

第四章 应力与剩余磁化强度对薄膜磁畴结构的影响

4.1 外加应力对薄膜磁畴结构的影响

4.1.1 不同应力样品的制备

4.1.2 实验结果

4.1.3 实验结果分析

4.2 薄膜剩余磁化强度对磁畴结构的影响

4.2.1 实验过程

4.2.2 实验结果

4.2.3 实验结果分析

4.3 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间取得的研究成果