论文部分内容阅读
众所周知，铁磁/反铁磁(FM/AFM)体系在外磁场中从高于反铁磁奈尔温度冷却至低温后，它的磁滞回线将沿磁场方向偏离原点，其偏离量被称为交换偏置场，这一行为被称为交换偏置行为。近年来，许多学者已经就这种交换偏置行为进行表征，深入研究了这种现象产生的影响因素和基本机理，并提出了很多理论模型。在实际微电子工业应用中，交换偏置型FM/AFM多层膜在自旋阀和磁隧道结等器件中得到广泛应用，借助交换偏置行为可提高磁记录磁头的灵敏度，使得磁记录材料的存储密度得到飞速发展。
磁滞回线偏移现象并非FM/AFM体系所独有的特性。事实上，当软磁非晶薄带经适宜的热处理后，也可观测到类似现象。与FM/AFM体系相比，软磁非晶薄带是块体材料，所以关于FM/AFM体系交换偏置行为的理论机制不能直接用来解释非晶带材的此类行为。已有部分学者关注并报道了软磁非晶薄带的这种非对称磁滞回线现象，但是研究还仅仅停留在现象的表征上，对这种现象基本机制的认识还很模糊。因此深入研究非晶薄带回线偏移行为的特征和基本机理是很有必要的。本文通过观测钴基、铁基非晶薄带的非对称磁滞回线现象，摸清了产生该现象的基本条件，在深入研究了与此现象密切相关的各向异性、局域磁矩和磁畴的变化的基础上；进一步阐明了这种非晶薄带的回线偏移行为的基本机制；最后还尝试研究了一种有效调控偏移场的技术方法。获得的主要成果如下：
(1)钴基和铁基软磁非晶薄带经适宜的热磁退火处理后，其对称磁滞回线会偏移过零点变成非对称，这种非对称磁滞回线在室温下就可得到。实验发现，经特定热磁退火，软磁非晶薄带将产生两方面的变化：一方面从结构上讲，非晶基体中生长出了适量的、磁性较硬的结晶相；另一方面从磁矩上讲，退火期间外加磁场将影响结晶相的磁矩使之有一定的取向，从而形成局域钉扎场。
(2)进一步结构表征结果显示，退火后在Co58Fe5Ni10Si11B16非晶基体中主要生成了f.c.c.Co和CoSi结晶相； Co70Fe5Ni10Si11B10中的结晶相为h.c.p.Co、f.c.c.CoO和CoSi；而Fe65Co15Si5Bi5中的结晶相主要是FeB、Fe2B、Fe3.5B和Fe3B等铁硼化合物。
(3)由于制备因为而存在的应力各向异性对淬态非晶薄带的磁性能影响显著，其磁性能较差。热磁退火在使应力各向异性大大降低的同时；薄带的磁场感生各向异性会显著增强，这些变化会影响薄带内部和表面局域磁矩的取向。磁畴观测证实了各向异性的消长变化。单纯应力各向异性的淬态样品在垂直表面的方向观测不到磁信号；而经退火处理后，应力各向异性降低殆尽而磁场感生各向异性占据主导，在样品表面法线方向可以观测到明显的磁畴图案。
(4)磁转矩测量结果表明，无偏移现象的非晶薄带的磁矩在360°范围内具有两个相等的极小值，这是一种典型的单轴各向异性。而具有回线偏移行为的非晶薄带的转矩曲线会偏转一个倾角，在扫描一个周期内有两个不相等的极小值。这说明回线偏移型非晶薄带的各向异性不仅仅是单轴的，同时也具有明显的单向特征。
(5)对具有回线偏移行为的Co58Fe5Ni10Si11B16非晶薄带进行了交流纵磁锻炼。研究表明，这种磁锻炼手段可有效的调制非晶薄带的偏移场和偏移率大小。交流纵磁锻炼磁场存在一个明显的触发值，这个触发值大约为6.8-8 kA/m;大于该触发值时，偏移场显著降低，而矫顽场随之显著增加。进一步的磁畴分析表明交流纵磁锻炼能够削弱垂直于样品表面的磁信号，使材料中的单向各向异性降低。这种磁锻炼方法提供了一条有效调制非晶薄带回线偏移行为的途径，为潜在的应用奠定了基础。
(6)非晶薄带这种回线偏移行为与传统的FM/AFM体系的行为相比有明显的不同之处。首先，回线偏移型软磁非晶薄带没有FM/AFM体系那样的明晰耦合界面；其次，非晶薄带的偏移场是A/m量级的，而FM/AFM体系的偏移场则高达105A/m量级；再者，非晶薄带的回线偏移特性在室温下就可以获得，而FM/AFM体系需要降温冷却到反铁磁奈尔点以下才能看到。
(7)偏置型软磁非晶薄带具有的磁特征及其可调控性使其在单端变压器、商品识别标签、传感器和磁放大器等应用领域具有强劲的竞争力，其潜在市场应用前景良好。