阵列结构BaM的微磁学模拟及其制备研究

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M型钡铁氧体(Ba Fe12O19,Ba M)材料因具有高单轴各向异性、窄铁磁共振线宽和优良的旋磁特性,被广泛应用于微波器件和磁记录器件。相比于常用的磁性薄膜结构,排列有序的磁性阵列由于其独特的结构而具有更高的自然共振频率和剩磁比特性,在下一代高频化、小型化和“自偏置”的元器件应用中具有较大潜力。目前,针对Ba M纳米阵列的磁性能与结构的关联及制备方面的研究较少。本论文将围绕Ba M纳米阵列进行微磁学仿真和制备方面的探究。本论文的工作内容如下:(1)研究Ba M纳米柱及其阵列的反磁化和共振特性。结果表明:Ba M纳米柱有“准一致反磁化”和“反磁化畴形成与扩展”两种反磁化模式;Ba M纳米柱内有“体共振模式”和“边缘共振摸式”两种共振模式。其中“边缘共振摸式”的边缘效应作用深度约为50 nm。同时,在Ba M纳米柱阵列中,通过调控纳米柱的直径(50~110 nm)和间距(30~190nm)实现阵列系统自然共振频率4.12~8.75 GHz的变化。阵列结构中纳米柱间的强相互作用场对系统的共振频率影响较大,可以通过改变阵列结构来制定器件的工作频率。(2)研究Ba M纳米锥及其阵列结构的反磁化和共振特性。结果表明:首先,Ba M纳米锥同样有“准一致反磁化”和“反磁化畴形成与扩展”两种反磁化模式;其次,Ba M纳米锥的自然共振受纳米锥的尺寸影响明显。在纳米锥直径从50 nm增大到290 nm时,共振峰由2个增加到4个,并且主峰的共振频率下降了3.13 GHz。同时发现,由于纳米锥这种特殊的结构而导致其共振分布有明显的分层现象,在磁谱中展现出多共振峰,这使其在高频噪声抑制等领域具有应用潜力。纳米锥间距的变化可使阵列系统共振频率有4 GHz的变化。此外,纳米锥间的相互作用场强度对间距的变化是敏感的,强度是m T级的。对纳米锥和纳米柱阵列的仿真表明,阵列结构中颗粒间的强相互作用场不可忽略,应该得到重视。(3)采用PLD(脉冲激光沉积)结合UTAM(超薄多孔阳极氧化铝模板)在Al2O3衬底上成功制备了Ba M纳米锥和类柱形的阵列,并探究了模板孔径和基底温度对阵列形貌和磁性的影响。测试结果表明:制备的颗粒具有良好的尺寸均匀性和c轴取向性,较高的基底温度能提高Ba M纳米阵列的剩磁比。FORC(一阶反转曲线法)测试显示:700℃制备的Ba M纳米锥阵列有较好的颗粒均匀性;900℃制备的纳米颗粒阵列的矫顽力和相互作用力分布相对较分散。制备结果表明,采用模板法自组装Ba M纳米阵列时,模板孔径和基底温度对纳米颗粒形貌和阵列系统磁性能影响较大。
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