应力对FeCoSiB非晶磁弹性薄膜磁特性影响的研究

摘要

非晶磁弹性薄膜由于具有磁晶各向异性消失和高磁弹耦合系数的特点,应力诱导的各向异性对其磁结构及磁性能将起到显著的影响。本文针对FeCoSiB非晶磁弹性薄膜,从理论和实验上研究了应力对FeCoSiB非晶磁弹性薄膜的磁化过程和磁特性的影响。理论上,本文首先在Jiles-Atherton(J-A)模型的基础上,对模型中畴壁钉扎的物理机制进行了的分析,根据非晶磁弹性薄膜的特点,引入了Stoner-Wolhfarth(S-W)模型的畴转机理,获得了钉扎系数与外磁场、应力等的关系,建立了应力作用下畴壁钉扎的磁滞回线模型。根据该模型,计算了不同大小以及方向的张应力或压应力作用下的非晶磁弹性薄膜的磁滞回线,研究了应力对磁滞回线、矫顽力的影响。模拟结果表明,应力对材料的磁化过程以及磁特性有着显著的影响。应力方向平行于外磁场方向时,矫顽力随张应力的增加而减小;随压应力的增加而增加。实验上,利用直流磁控溅射制备了FeCoSiB非晶薄膜,采用了EDAX、VSM、AFM、MFM等分别研究了不同溅射气压下薄膜的成分、磁滞回线、形貌以及磁畴结构等。实验结果表明,溅射气压不仅影响薄膜的成分、表面形貌,而且显著影响薄膜的磁滞回线。薄膜的磁畴结构与溅射气压密切相关,随着溅射气压的增加,薄膜的条状磁畴结构对比度增强。采用应力生长的方法制备了受张应力和压应力作用的FeCoSiB非晶薄膜,研究了应力对各向异性、剩磁、矫顽力以及磁畴等磁性能的影响。结果表明,应力在薄膜内诱导出了较强的各向异性,且随着应力的增加,薄膜的各向异性场线性增加。张应力作用使得在平行于应力的方向形成易磁化轴,而压应力作用使得在垂直于应力的方向形成易磁化方向。应力对薄膜的矫顽力、剩磁等磁特性有显著的影响。磁滞回线及矫顽力随应力的变化规律与理论计算结果定性符合。薄膜的磁畴结构也与外加应力密切相关,随着应力的增加,磁矩的一致取向增强,薄膜磁畴结构逐渐由不规则畴转变为平行条状畴。张应力作用下,条状畴沿应力方向取向,而压应力作用下,条状畴沿垂直于应力方向取向。当张应力足够大时,磁畴对比度消失。

目录

摘要

ABSTRACT

目录

第一章 前言

1.1 研究目的与意义

1.2 国内外研究进展

1.2.1 磁滞回线模型理论研究

1.2.2 应力对磁性能影响的实验研究

1.2.3 应力敏感特性相关应用研究

1.3 选题依据及研究内容

1.3.1 选题依据

1.3.2 研究内容

第二章 应力作用下非晶磁弹性薄膜的磁滞回线模型

2.1 磁滞回线的两种经典模型

2.1.1 Stoner-Wolhfarth(S-W)模型

2.1.2 Jiles-Atherton(J-A)模型

2.2 应力作用下畴壁钉扎的磁滞回线模型

2.2.1 现有模型的不足

2.2.2 应力作用下畴壁钉扎的磁滞回线模型

2.3 模拟结果

2.3.1 计算参数对模拟结果的影响

2.3.2 应力对钉扎系数的影响

2.3.3 应力方向平行于外磁场方向时的磁化过程

2.3.4 沿不同方向施加应力时的磁化过程

2.4 小节

第三章 FeCoSiB非晶薄膜的制备与磁性能研究

3.1 实验

3.1.1 FeCoSiB薄膜的制备

3.1.2 FeCoSiB薄膜微结构与磁特性的测试

3.2 实验研究结果与讨论

3.2.1 FeCoSiB薄膜的相结构

3.2.2 溅射气压对FeCoSiB薄膜成分的影响

3.2.3 溅射气压对FeCoSiB表面形貌的影响

3.2.4 溅射气压对FeCoSiB磁畴结构的影响

3.2.5 溅射气压对FeCoSiB薄膜磁滞回线的影响

3.3 结论

第四章 应力对FeCoSiB非晶薄膜磁特性影响的研究

4.1 实验过程

4.1.1 应力生长方法

4.1.2 样品曲率半径测量

4.1.3 薄膜应变计算

4.2 应力对FeCoSiB薄膜磁特性的影响

4.2.1 应力对磁滞回线的影响

4.2.2 应力对磁畴结构的影响

4.3 小节

第五章 结论

致谢

参考文献

硕士期间取得的研究成果