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随着通信技术的不断发展和网络技术的日益进步，电子元器件向小型化、集成化方向发展，其工作频率已进入GHz频段，需要磁性器件向微型化、薄膜化、高频化发展，则具有高饱和磁化强度、高各向异性及高磁导率的磁性薄膜成为磁性材料发展的必然方向，并且已成为一个十分活跃的领域。近些年来，金属磁性薄膜(包括单层膜、多层膜及颗粒膜)和超溥膜的结构、基本磁性、层间耦合、界面效应及微波特性等一直是人们研究的热点和难点之一。尤其是微米、亚微米尺寸的铁磁颗粒、具有层间交换耦合的面内单轴各向异性软磁金属薄膜及具有交换偏置的金属磁性薄膜由于其新颖的物理特性和磁学基础研究的背景，其在微波器件和微波吸收等领域具有潜在的广泛应用前景，这些金属磁性薄膜的微波特性最近吸引了人们越来越多的兴趣。本论文首先利用微磁学模拟和自洽数值模拟方法，分别对亚微米坡莫合金铁磁颗粒和具有层间交换耦合的面内单轴各向异性软磁金属薄膜的微波特性进行了系统研究；其次利用铁磁/反铁磁交换耦合作用研究了不同铁磁层厚度对NiO/FeCoB和NiO/FeCo铁磁/反铁磁薄膜的磁特性和微波性能的影响。其主要研究内容及结果如下：
1.用微磁学模拟方法探讨了矩形比对亚微米尺寸矩形铁磁颗粒的平衡磁化结构和磁谱的影响。计算结果表明，共振模式的数量、共振频率及共振峰的强度显著依赖于颗粒的矩形比。矩形比大的长条形颗粒，通常在低频处有一个较弱的共振峰，而在高频处呈现一个较强的共振峰，分别对应体系的“边缘”和“块体”共振模式。随着矩形比的逐渐减小，低频共振峰峰高会变得大于高频共振峰的峰高。当矩形比为40:25时，仅在4.7 GHz附近出现一个明显的共振峰。另外，交换劲度系数对强度较弱的共振峰的影响比较大，揭示了弱共振峰的共振频率主要是由于交换作用引起的。采用局域分析方法，结合静态磁结构计算揭示的边缘磁矩和中间磁矩随时间演化的过程，解释了铁磁颗粒的磁谱随矩形比变化的原因。结果表明，共振峰峰高、共振频率的复杂变化可归因于交换作用与退磁作用在颗粒的边缘和中间部分的竞争。模拟的结果能为人们改善高频磁性材料提供有益的指导。
2.基于Landau-Lifshitz方程和Maxwell方程组，我们结合实际应用需要，探讨了垂直入射微波在金属磁性多层膜的传播性质及与外加稳恒磁场的依赖特性。结果表明：由于层间耦合作用和磁导率张量的旋磁特性，薄膜内磁性层的厚度、磁性层的成分以及外加稳恒磁场均能显著影响薄膜的微波物性，导致新颖的微波传播行为。理论研究揭示了一个有趣现象：在适当的条件下，与光学模相对应的那个吸收峰在外加稳恒磁场下存在反向偏移现象，这主要归因于磁导率张量的旋磁性、层间交换耦合、激发磁场沿膜厚度方向不均匀性及外加稳恒磁场的共同作用。通过综合多种影响因素，可以在磁性多层膜中获得一些独特的微波传播性质，提供了一种调控磁性多层膜微波物性的新思路，为磁性多层膜微波物性的调控提供了有益的理论指导。
3.利用射频磁控溅射法制备了系列的NiO(30 nm)/FeCoB(tFM nm)、FeCoB(tFMnm)和NiO(tAFM nm)/FeCoB(18 nm)薄膜样品，用X射线光电子能谱(XPS)分析了FeCoB样品的成份为Fe46Co44B10，解决了薄膜中B元素含量测定的问题，并分别用振动样品磁强计和微带线法矢量网络分析仪测量了样品的静磁性能和500MHz-8GHz微波特性参数。结果表明：在FeCoB样品厚度相同时，具有30 nm厚NiO偏置层的NiO/FeCoB样品具有明显的交换偏置效应且它的易轴矫顽力、有效各向异性场及自然共振频率比单层FeCoB薄膜高，这说明界面存在交换耦合作用，对于单层FeCoB样品，随着铁磁层FeCoB样品厚度的增加，其易轴矫顽力及自然共振频率几乎不变化。对于Nio/FeCoB样品，随着铁磁层FeCoB样品厚度的增加，其交换偏置场和矫顽力逐渐减小，NiO/FeCoB薄膜样品的共振频率向低频方向移动。可见，利用铁磁/反铁磁交换耦合作用，可实现对金属磁性薄膜面内各向异性场的大幅调整使自然共振频率调控达到4.5 GHz以上，且磁损耗增大，进一步实现了频带展宽，具有重要的应用价值。另外，对薄膜样品FeCoB(27 nm)和NiO(30 nm)/FeCoB(27 nm)的磁谱测量发现，其共振频率分别为2.68 GHz和3.69 GHz，并用Landau-Lifshitz-Gillbert方程对实验结果进行拟合，结果表明实验与理论相符的很好。
4.利用射频磁控溅射法成功制备了NiO/Fe50Co50多层膜样品，对不同Fe50Co50铁磁层厚度的NiO/Fe50Co50多层膜的磁特性及微波磁特性做了系统的研究。结果表明：制备的NiO/Fe50Co50多层膜样品，没有出现明显的交换偏置场，但各向异性场相对于Fe50Co50单层膜有所增强，且对样品的自然共振频率的调控还是有一定作用。随着Fe50Co50铁磁层厚度的增加，有效各向异性场、铁磁共振频率减小，而初始磁导率增加，因此可以通过调整铁磁层的厚度大小来调整有效各向异性大小，从而实现对样品铁磁共振频率的调控。所制备样品的铁磁共振频率均在5 GHz以上，且最高能达9.1 GHz，同时获得了宽频带内的高磁导率，这样的磁性多层膜样品可能在微波通信等领域具有一定的应用前景。但研究也表明制备的NiO/Fe50Co50样品中静磁测量和微波动态测量获得的参数如薄膜样品的有效各向异性场，存在较大差异，更深入的研究值得更多的理论和实验方面的工作进一步开展。