垂直磁記錄介質(zhì)的制備及物性研究.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，人們需要越來越高的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)密度，而磁記錄存儲(chǔ)是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的最主要的方式，這就要求磁性材料中單個(gè)記錄位的面積越來越小。因此，磁記錄密度的提高面臨著巨大的挑戰(zhàn)，其中最重要的就是必須克服超順磁極限所帶來的挑戰(zhàn)，這就要求必須采用垂直磁記錄方式。垂直磁記錄方式能夠突破150Gb／in2的記錄面密度。垂直磁記錄介質(zhì)是實(shí)現(xiàn)超高密度垂直磁存儲(chǔ)的重要一環(huán)。本論文主要研究了三種垂直磁記錄介質(zhì)：CoPt納米線、TbFeCo合金、Co

2、CrPt合金。同時(shí)，磁記錄讀頭也是磁記錄的重要的構(gòu)件之一。當(dāng)今的磁記錄讀頭多采用巨磁電阻(Gm)器件，GMR器件的一個(gè)核心內(nèi)容是交換偏置(Exchangebiasing)。近幾十年來，盡管人們對交換偏置進(jìn)行了大量的研究，然而對一些物理現(xiàn)象始終無法獲得滿意的解釋，如交換偏置的磁化翻轉(zhuǎn)的不對稱性，本論文研究內(nèi)容之一是交換偏置的磁化翻轉(zhuǎn)不對稱性。作為磁學(xué)研究中的一個(gè)最根本的問題，磁性材料的磁化和反磁化過程一直人們關(guān)心的問題。本論文的其中一個(gè)研

3、究內(nèi)容是Fe-Cr合金的磁化翻轉(zhuǎn)機(jī)理的研究。 下面是本論文主要研究內(nèi)容的簡述： 一、Co-Pt納米線我們主要研究了Co-Pt納米線陣列的微觀結(jié)構(gòu)及其磁學(xué)特性。樣品采用多孔陽極氧化鋁模板和電化學(xué)沉積的辦法制備。X射線結(jié)果表明制備態(tài)的Co-Pt納米線具有FCC結(jié)構(gòu)的擇優(yōu)取向。對于一定直徑大小的納米線樣品，外磁場與納米線平行的方向比其他方向具有更大的矯頑力和剩磁比。當(dāng)測量溫度從90K到600K時(shí)，平行于納米線方向矯頑力和剩磁比

4、單調(diào)減小；垂直于納米線的方向矯頑力和剩磁比變化很小。對于平行和垂直于納米線的兩個(gè)方向，矯頑力和剩磁比隨納米線直徑平方d2的倒數(shù)成線性關(guān)系。根據(jù)形狀各向異性、磁晶各向異性和磁偶極相互作用之間的關(guān)系，我們解釋了矯頑力和剩磁比隨測量溫度和直徑大小的變化關(guān)系。 二、TbFeC0合金采用磁控濺射技術(shù)，我們制備了不同厚度和不同成分的非晶TbFeCo薄膜。通過TEM、MOKE、VSM等證明了TbFeCo樣品中出現(xiàn)相分離——底部垂直各向異性部分

5、和上部面內(nèi)各向異性部分。而且面內(nèi)各向異性部分包含一個(gè)軟磁部分和一個(gè)硬磁部分。面內(nèi)的兩個(gè)部分互相耦合使磁滯回線沿縱軸和橫軸偏離坐標(biāo)原點(diǎn)。面內(nèi)矯頑力Hc和交換偏置場HF．隨角度的變化關(guān)系和通常的鐵磁／反鐵磁雙層膜的變化關(guān)系是一致的。沿著縱軸的偏移量ME能用sin(φH+350)來描述，因此，面內(nèi)軟磁和硬磁部分的磁化強(qiáng)度之間呈非共線排列。對于垂直各向異性部分，HE和Hc隨角度的變化關(guān)系可以用1／sinθH關(guān)系來描述，因此，垂直部分的磁化翻轉(zhuǎn)是

6、有疇壁位移來完成。HE和Hc隨著測量溫度的增加而線性下降。 三、CoCrPt合金CoCrPt垂直磁記錄介質(zhì)分別采用三個(gè)獨(dú)立靶源(c0、Cr、Pt)的多靶共濺射方法和單靶直濺射方法制備。通過放置小的Pt片在CoCr靶上形成CoCrPt合金。采用共濺射法，Co-Cr-Pt合金的成分能夠通過各個(gè)靶的功率以及樣品的位置來調(diào)節(jié)，所以CoCrPt的磁性能夠很好的調(diào)節(jié)。然而這種方法不利于CoCrPt的取向。單靶直濺射法能夠很好的控制樣品的取向

7、，但是不能很好的調(diào)節(jié)樣品的成分。更為重要的是，采用多靶共濺射方法制備的樣品，當(dāng)外磁場的方向和樣品的法線方向分別成10。和100~時(shí)，矯頑力和剩磁比分別出現(xiàn)最大值和最小值。所以樣品的易軸偏離膜面法線方向10。。而采用單靶直濺方法制備的樣品，矯頑力出現(xiàn)最大值和最小值的角度分別為00和900，即易軸垂直于膜面。 四、Fe-Cr合金利用共濺射方法制備了成分梯度的FexCrl-x(x=0．38-0．52)合金。X射線和鐵磁共振(FMR)結(jié)

8、果表明，不同成分的FexCrl-x具有單相的BCC[110]擇優(yōu)取向，并且合金的晶格常數(shù)隨其成分幾乎不發(fā)生改變。所以在磁化翻轉(zhuǎn)過程中，疇壁的釘扎場HP(0)不發(fā)生改變。與此同時(shí)，隨著Fe含量的增加，單軸各向異性場HK減小、磁化強(qiáng)度Ms增加。因此，HP(0)/HK的比值增加。所以，隨著Fe含量的增加，F(xiàn)e-Cr合金的磁化翻轉(zhuǎn)機(jī)理將發(fā)生改變，從疇壁位移模型轉(zhuǎn)變成一致轉(zhuǎn)動(dòng)和疇壁位移同時(shí)存在的Kondorsky模型。 五、鐵磁／反鐵磁交

9、換偏置用磁控濺射法制備了鐵磁／反鐵磁雙層膜，其中反鐵磁層分別為IrMn和FeMn，鐵磁層為FeNi。研究表明，交換偏置場和矯頑力均隨鐵磁層厚度的增加而減小，隨反鐵磁層厚度的增加而增加。分別沿著順時(shí)針和逆時(shí)針方向測量樣品的磁滯回線，發(fā)現(xiàn)對于順時(shí)針和逆時(shí)針方向，交換偏置場隨角度的變化關(guān)系幾乎一致，而矯頑力、極向磁矩和不對稱因子則存在遲滯性。隨著反鐵磁厚度的變化，遲滯效應(yīng)和磁鍛煉效應(yīng)存在一定的關(guān)聯(lián)。我們期望這一現(xiàn)象將有助于進(jìn)一步深刻解釋交換偏