柔性NiFe薄膜和NiFe/IrMn交换偏置异质结的形貌与磁性研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所) | 被引量 : 3次 | 上传用户:jingbao0804
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可拉伸电子器件具有伸缩性、可穿戴、低成本制造等优点,并在信息、医疗、能源等领域具有重要的应用前景,因而近年来引起了人们的广泛关注。可拉伸磁电子器件是指以高分子弹性材料作为衬底,在其上制备出的功能化薄膜的磁电子器件。具有表面周期结构的柔性磁性薄膜有着不同于平整刚性磁性薄膜的性质,可以通过薄膜厚度、衬底预应变等方法来调控柔性薄膜的表面形貌,进而调控薄膜的磁性能。柔性薄膜表面周期结构的形成原因是由于弹性的高分子衬底与金属薄膜之间巨大的杨氏模量差距,故生长在预应变的弹性衬底上的金属薄膜在释放预应变后,其界面的力学失稳通常会导致表面周期性褶皱结构。研究在弹性聚合物基底上具有不同褶皱结构的磁性薄膜的磁性能,这对开发可拉伸的磁电子器件提供有意义的研究基础。人们已经发现在单轴预应变弹性衬底上沉积磁性薄膜,可以诱导出面内的单轴磁各向异性。但是,关于双轴预应变弹性衬底上生长的金属磁性薄膜的表面形貌及其磁性能研究尚未有研究。基于上述背景,本论文围绕不同预应变方式对磁性单层薄膜和交换偏置异质结的磁性调控,开展了薄膜制备、形貌分析和磁性探讨等方面的研究工作,取得了一些研究进展。主要研究工作可概括如下:首先,我们以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为衬底通过两种不同的预应变方式制备出表面具有不同褶皱形貌的NiFe薄膜,并研究了各自的磁性能。对于NiFe薄膜沉积在单轴预应变的衬底上,其展现出一维波浪形貌结构,并且存在一个较弱的单轴磁各向异性且易轴平行于波浪结构方向。然而,当NiFe薄膜沉积在等双轴预应变的衬底上时,并按顺序释放平面内两个方向上的预应变,则会获得二维“之”字型结构的表面形貌结构,同样也具有微弱地单轴磁各向异性且易轴垂直于第一次释放预应变方向。其次,我们以PDMS为衬底通过两种不同的预应变方式制备出表面具有不同褶皱形貌的NiFe/IrMn交换偏置异质结,并研究了各自的交换偏置场的角度依赖关系。研究发现采用单轴预应变沉积NiFe/IrMn交换偏置异质结且交换偏置方向平行于条带结构方向,其交换偏置场的角度依赖关系基本与硅衬底上的异质结的角度依赖关系基本一致。然而,当交换偏置方向垂直于条带结构方向或者利用双轴预应变生长的NiFe/IrMn交换偏置异质结,尽管交换偏置场(Heb)的大小基本等于硅衬底上生长的异质结;但是由于表面形貌导致的单轴磁各向异性,其交换偏置场的角度依赖关系不同于硅衬底上的异质结的角度依赖关系。
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