Ir20Mn80/Co40Fe40B20双层膜交换偏置效应研究

摘要

本文致力于探索IrMn/CoFeB交换偏置薄膜磁化翻转的机制，主要分析磁化翻转的过程中，铁磁层内部是否存在平行于界面的磁畴壁结构；以及在磁化翻转过程中，铁磁层内部磁畴壁的演化规律。利用实验观察给出理论模型的直接证据，对交换偏置机理做出实验上的补充。 本文采用了直流磁控溅射的方法生长了一系列不同膜厚的IrMn/CoFeB双层膜，并利用克尔显微镜对其宏观磁性能进行了表征。随着铁磁层厚度从15nm增加到120nm，样品的偏置场从155Oe逐渐降低到12Oe，矫顽力也从60Oe逐渐降低到35Oe；随着反铁磁层厚度从0nm增加到30nm，样品的偏置场从零迅速增加到170Oe，矫顽力从8Oe逐渐升高到15Oe。而后，利用聚焦粒子束加工技术获得了薄膜截面透射电镜样品，并将其置于洛伦兹透射电子显微镜中进行观察。我们发现了非晶态CoFeB薄膜的微观结构并不均匀，存在一定的元素偏析。又通过加磁场样品杆对样品原位施加磁场，并利用电子全息技术获取了在反磁化过程中样品内部磁力线的分布，详细分析了铁磁层内部反磁化过程的细节。我们利用在氮化硅窗口微栅上直接生长薄膜获取了平面样品，通过原位施加磁场和菲涅尔成像模式，详细分析了随着反铁磁层厚度变化，铁磁层磁化翻转机制的变化。 在IrMn/CoFeB双层膜体系中，截面样品的原位实验证实了：磁化翻转过程中铁磁层内部未观察到大范围的自旋弹簧结构。又通过高分辨电子全息术，对截面样品的剩磁态进行分析，最终确定样品内部不存在超过2.3nm的平面磁畴壁结构。利用波纹畴衬度的特征，我们发现IrMn层厚度不大于5nm时，样品磁化翻转过程中呈现出磁畴壁迅速移动过程；IrMn层厚度较大时，磁化翻转呈现出成核和长大并行的复杂翻转机制。

目录

声明

引言

1绪论

1.1交换偏置及其应用领域

1.2交换偏置理论模型概述

1.2.1经典模型

1.2.2平面磁畴壁模型

1.2.3随机场模型

1.2.4其它模型

1.3交换偏置国内外研究现状

1.4本文的研究思路与创新点

2材料制备与研究方法

2.1材料体系的选取

2.2薄膜样品的制备

2.2.1薄膜制备方法简介

2.2.2磁控溅射原理

2.2.3磁控溅射工艺参数

2.3实验方案与分析测试方法

2.3.1磁光克尔显微镜

2.3.2普通透射电子显微镜

2.3.3洛伦兹透射电子显微镜

2.3.4电子全息术简介

2.3.5聚焦离子束加工方法简介

3薄膜截面磁化过程分析

3.1宏观磁性能测试

3.2薄膜截面样品微观形貌与结构表征

3.3数值模拟计算

3.4原位磁化翻转过程

3.5高分辨率电子全息表征结果

3.6本章小结

4薄膜面内磁化过程分析

4.1宏观磁性能测试

4.2薄膜面内样品微观形貌与结构表征

4.3原位磁化翻转过程

4.4模型化分析

4.5本章小结

5结论

参考文献

附录A 实验原始数据补充

在学研究成果

致谢