Cu、Cr掺杂Sm_2Co_(17)/Cu薄膜性能及磁交换偏置效应的研究

【摘要】钐钻(SmCo)作为一种新型的稀土永磁材料,一直受到受到人们的广泛关注,其在电声电讯器件、电机、电子器件等行业的应用越来越广泛。SmCo永磁材料具有良好的磁学特性和低的温度系数,并且还有极大的单轴磁晶各向异性,使其成为一种颇具开发潜力的稀土永磁材料。本文利用脉冲激光沉积法在Si(100)衬底和玻璃衬底上制备了成分为SmCoCu/Cu/Cr和SmCoCuCr/Cu/Cr的Smco薄膜。我们重点研究了磁性层与非磁性层调节对SmCo薄膜的结构、形貌及磁学性能的影响,主要研究内容如下：1、系统研究了SmCo磁性层厚度和加镀Cu种子层对Sm2Co17/Cu/Cr薄膜结构与磁性的影响。实验发现,增加Smco磁性层厚度有利于增大矫顽力,适量的磁性层厚度可以提高薄膜的矫顽力。同时,在保持Co含量不变的情况下,通过改变Sm含量,调节Smco成分比,结果发现,适量Sm含量有利于SmCo相的生长。此外研究还发现,适量的Cu种子层厚度有助于Cu(111)生长,高质量的Cu(111)晶体层有利于SmCo相的生长。2、通过调节非磁性元素Cu与Cr的含量,系统研究了SmCo薄膜结构与磁性能。实验发现,在原有Smco成分中掺入少量的Cu,有利于提高磁性薄膜的矫顽力。同时发现,添加少量的Cr,有利于促进薄膜晶粒的细化,提高矫顽力。同时,可以减小薄膜表面的粗糙度,提高膜面的结晶质量。3、通过实验发现,在Sm2Co17(Cu,Cr)/Cu/Cr薄膜中出现了明显的磁交换偏置现象,这是之前在其他文献中很少报道的研究结果。我们系统地研究了非磁性元素调节对交换偏置效应的影响。研究发现,随着Cr含量的增加,交换偏置场增大；相反,少量的Cu更有利于交换偏置效应。因此,在保持Sm2Co17结构不变的情况下,可以通过非磁性元素的调节提高薄膜的交换偏置效应。4、深入地研究了Sm2Co17交换偏置现象的机理。我们认为,在Sm2Co17体系中存在着铁磁相(SmCo)和非铁磁相(Cu,Cr),磁性相和非磁性相在薄膜表面及层间界面处产生交换耦合作用。在我们制备的体系中,磁性SmCo和非磁性(Cu,Cr)是相互交叠的。实验发现,随着Cr层的增加,在薄膜中形成钉扎的效果越明显,非磁性相对铁磁相的钉扎作用越强,使SmCo薄膜中铁磁-非磁性相互作用中反铁磁性作用变强,正向交换偏置场增大；由于Cu的掺入含量很少,虽然影响了对磁性层的钉扎作用,但是对交换偏置影响不大；此外,在非磁性元素保持不变下,随着SmCo磁性层厚度的增加,交换偏置场减小,这与理论研究结论一致。理论研究表明：如果非磁性元素保持不变,并且铁磁层(FM)的厚度小于其畴壁的尺寸,交换偏置场将反比于铁磁层的厚度,即HE∞l/tFM;同时发现,磁性层中Sm含量增加,也会引起交换偏置的正向偏置变小,导致偏置场减小。
【作者】王璨；
【导师】方庆清；
【作者基本信息】安徽大学，材料学，2014，硕士
【关键词】SmCo薄膜；结构；磁性能；交换偏置；

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