X射线磁线二色方法学研究及应用

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随着高科技信息产业的发展,对信息存储和读取的要求越来越高。信息存储和读取主要依赖于磁性材料,因此对材料磁性的研究显得尤为重要,X射线磁线二色(XMLD)是研究高性能磁性材料的主要方法之一。XMLD技术具有对磁性材料表面、界面灵敏、元素分辨和化合价分辨等优异特性,相比于X射线磁圆二色(XMCD)方法,XMLD不仅适合研究铁磁性材料,也可以用来研究反铁磁材料,若与发射电子显微镜(PEEM)相结合,还可用于材料的高空间分辨磁畴研究。本论文XMLD研究在北京同步辐射装置3W1B软X射线光束线上开展,在国内首次搭建了开展XMLD研究的实验平台,并首次获得过渡金属合金膜的XMLD研究结果。本论文主要工作和成果如下:  1.XMLD实验平台搭建根据XMLD实验原理和3W1B现有的实验条件,在BSRF首次搭建了开展XMLD研究的实验平台。在结构上选择保持样品和入射X射线偏振面不变,对外加磁场进行反转,所需的外加磁场采用两块永磁铁平行排列组成,强度大约为4000Oe。安装磁铁的支架通过联轴器与外面的步进电机相连用以实现磁场的翻转。XMLD实验样品置于两块磁铁之间保持不动。由于磁场的的影响,收集电子需要加800V左右的偏压,由外加电源来实现。实验采用电子产额(TEY)的模式,分别获得在外加磁场矢量M垂直和平行于X射线线偏振电极化矢量E时的两条吸收谱。信号记录和其他控制程序由LabVIEW编写。  2.XMLD实验装置信号优化由于XMLD的信号很微弱,需要对实验装置测量的XMLD信号的质量进行优化来获得满意的结果。对实验硬件进行了多方面优化,主要有:对电子收集装置进行改进;改进偏压使之加电压更稳定;对信号线固定和屏蔽;在同一能量点翻转磁场;对翻转磁场后的时间和翻转角度设置等。对多晶样品的XMLD信号与其XMCD信号的能量微分成正比的关系的测量结果与已发表的XMLD工作对比,得到了满意的结果。  3.XMLD实验研究  (1)选择过渡金属铁和钴的合金膜,针对不同退火条件下的样品进行了XMLD实验。采用CTM4XAS5.2软件,对实验结果进行了XMLD谱的模拟和参数分析,得到了不同退火条件下薄膜结构改变与XMLD信号的关系。  (2)对相同生长条件下不同厚度的Fe-Co合金薄膜进行了XMLD实验对比,分析厚度对XMLD信号的影响,发现XMLD与研究材料吸收原子的局域环境密切相关。  (3)应用XMLD求和规则通过XMLD方法对Fe-Co合金薄膜元素分辨的磁晶各向异性能(MAE)进行了定量计算和分析,在国内首次获得过渡金属合金膜的XMLD研究结果  
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