几种Heusler结构新型反铁磁材料的制备与性能研究

来源 :中国地质大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:shashuang0126
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磁性薄膜材料广泛应用于磁存储器中,但随着磁盘存储密度以每年100%左右的速度增长,传统铁磁体薄膜存储器问题也逐渐突出。而反铁磁材料能够很好的解决这一问题。反铁磁自旋电子材料及器件的研究才刚刚起步,相关报道较少,在制备工艺和应用上依然有很多问题需要解决。前人预测四种薄膜具有反铁磁性,但未能制备过薄膜状以及反铁磁性的V-Ga,Cr-Fe-Si,Cr-Mn-Si合金。本文的重点是通过控制沉积速率、厚度、温度等参数,在硅基上制备四个系列的反铁磁薄膜,并研究薄膜成分、结晶度、形貌、磁学性质和电学性质。本文研究成果主要包括以下四个方面:(1)V3Ga薄膜制备。从理论上预测并通过实验制备了β-W型结构的亚稳相V3Ga,发现其具有良好结晶性。磁特性和磁阻特性进一步表明,β-W型V3Ga具有高的奈尔温度的反铁磁性,这与理论预测一致。实验和理论都表明,V3Ga为高导电半导体,具有0.12-0.16 eV窄带隙。此外,计算预测了制备的V3Ga/Fe界面处的强垂直磁各向异性,这是由于在界面处的V原子d和Fe原子d轨道状态之间的强杂化现象所致。(2)Cr3-xFex(Mnx)Si薄膜制备,获得目标样品Cr2FeSi和CrMn2Si。测试证明两种薄膜均为反铁磁性。其磁电阻不随磁场环境而变化,较稳定。实验还表明Cr2FeSi具有特殊的热电阻性质,而CrMn2Si呈现半导体性质,且奈尔温度高于常温。此外,Cr2FeSi/Fe具有一定的垂直磁各向异性,而CrMn2Si/Fe存在强垂直磁各向异性。(3)Mn3-xNixGa薄膜制备。在前人的预测基础上,制备大量的Mn-Ni-Ga系列合金,虽然由于实验条件未能获得Mn2.4Ni0.6Ga这个样品,但摸清了薄膜的工艺参数。推测Mn-Ni-Ga系列合金的磁性来源于某几种物质,并在Mn3-xNixGa(01)内,存在某一比例呈现反铁磁性。综上所述,制备出若干新型Heusler结构反铁磁材料,确认其制备工艺,并通过多种手段确认薄膜的磁学及电学性质,这些材料均具有相当广阔的应用前景,同时为他人制备类似的样品提供参考。
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