Fe/Ni多层膜的结构与磁性研究

摘要

随着信息存储需求的不断提高,磁存储技术作为最主要的存储方式,其研究与发展受到学术界与工业界的广泛关注。磁记录密度已从1957年的2Kbit/in2提高到了如今的329Gbit/in2。当硬盘记录颗粒尺寸降低至纳米量级时,为了防止超顺磁效应(即保证记录的热稳定性),硬盘介质的矫顽力很大。一般而言,磁头的写入场要达到记录介质矫顽力的两倍,才能有效写入。因此,记录密度的继续提高,很大程度上受限于磁头的写入能力。　　写磁头材料应具有良好的软磁性能,包括高磁化饱和强度、低矫顽力、高磁导率等。通常,铁基材料的饱和磁化强度很高;然而,它的磁晶各向异性能也很高,按照传统方法难以降低其矫顽力,因此无法作为理想的磁头材料投入应用。但是,纳米结构介质的发展开创了磁头软磁材料研究的新时期。通过减小晶粒尺寸,可使有效各向异性常数＜K＞相比局部的磁晶各向异性常数K1小几个数量级,有利于提高磁导率。多层膜溅射是一种方便有效的制备纳米结构软磁材料的方法,IBM和Hitachi都曾采用Fe基多层膜来制备高效能的磁头。依照不同类型的中间层,铁基软磁多层膜大体可分为两类:磁性中间层与非磁性中间层。后者的性能往往更好,磁性中间层能贡献磁矩,提高材料的饱和磁化强度。　　在本文中,我们采用Fe/Ni多层膜结构来制备软磁纳米结构材料介质。Fe,Ni单层厚度远小于畴壁厚度时,由于层间耦合作用,磁矩的翻转不再受局部高磁晶各向异性的控制,而是被平均化后大为降低的各向异性所影响,因此材料的矫顽力可显著降低。在论文的第一部分,我们分析了Fe/Ni的结构,以及在此结构下的多层膜的磁性,主要讨论了Fe(或Ni)层厚度变化对矫顽力的影响及其原因,还通过掺Cu层进一步验证了层间耦合作用在Fe/Ni多层膜体系中的重要性。在论文的第二部分,鉴于以往的研究对软磁多层膜的粗糙度关注有限,而随着极薄薄膜的发展,界面情况对多层膜的结构与磁性的影响愈发重要,我们研究了粗糙度对Fe/Ni多层膜的结构与磁性的影响。我们使用两种方法调控粗糙度,一是改变样品生长的温度,二是在MgO基板预先溅射Ag作为底层。我们探讨了Fe/Ni多层膜的磁化过程的影响因素,最终解释了界面粗糙度对矫顽力的影响的原因,提出改善Fe/Ni多层膜软磁性能的方法。