论文部分内容阅读
随着大数据和云计算的普及,人们对超大容量数据存储也将提出更高的要求。垂直磁记录介质的面密度接近Tb/in2的尺度,颗粒尺寸逐渐减小,使介质颗粒面临超顺磁极限,而不稳定。为了克服这些难题,磁记录材料采用高磁晶各向异性材料。Ll0-FePt具有高的磁晶各向异性值,用于存储信息,可实现更大的存储面密度,另外,Ll0-FePt原子内,3d(Fe)-5d(Pt)和自由电子间都有轨道杂化,Ll0-FePt颗粒膜的室温Hc达到70 kOe,因此格外引人注目。然而,用高Ku材料做成小颗粒薄膜,虽然提高了存储密度或减小了器件尺寸,但开关场太大,没法改写磁化状态。研究表明,界面交换作用强度对交换弹性(ES)磁体有降低开关场的作用,于是对磁弹性的关注从追求提高(BH)max转为单纯寻求能降低Hc。交换弹性磁体由硬磁(HM)和软磁(SM)两种材料构成,在两相界面产生交换耦合作用,利用HM的高矫顽力(Hc)和SM的高饱和磁化强度(Ms),能有效的降低Hc。ES磁体总是在软磁相中成核,畴壁突破界面进入硬磁相,硬磁相的开关场低于单一硬磁相磁体的开关场,因而磁化曲线形状与软磁相厚度密切相关。更多的研究集中在FePt/Fe双层薄膜体系。但使用FePt/Fe体系,除了Fe容易氧化,两种材料的晶体结构类型和晶格常数也不一样,界面外延性差,畸变应力大,影响界面性质。解决这一问题最好的办法是形成异质结。本文在用Al-FePt取代容易氧化且晶格又与Ll0-FePt不匹配的Fe,获得同材异质Ll0-FePt/Al-FePt双层膜,分析软磁层的厚度和硬磁层的有序度对形核场Hn,开关场Hs和矩形比Mr/Ms等影响的基础上,为了认识磁化反转机制,用微磁学模拟软件OOMMF模拟磁化曲线。得到的结果分为以下几个方面:1.实验制备的Ll0-FePt有序化不够彻底,通过用OOMMF软件模拟Ll0-FePt薄膜,研究实验得到的Ku值对薄膜的影响。实验制备的FePt薄膜,热处理温度为Ta=700℃,有序度为0.9,表明FePt(30 nm)薄膜有序化程度还不够彻底,但由于在高温下薄膜不连续造成较小的矫顽力(0.47 kOe)。用OOMMF模拟FePt(30nm)薄膜,Hc在25 kOe30 kOe之间,其有效Ku不会低于1.5×106J/m3。2.用微磁学软件OOMMF模拟Ll0-FePt(27 nm)/Al-FePt(3 nm)薄膜,硬磁相的矫顽力明显降低。实验上能获得孤立的Ll0-FePt小颗粒,测量出Hc和Ku,可以推出S=1的极限Hc和Ku。进而利用得到的极限Ku,同样从理论上得到薄膜中软磁相所占的有效体积,而不必再根据XRD法分析有序度。3.模拟Ll0-FePt(x nm)/Al-FePt(30-x nm)双层膜,得到D<70%时,软磁层的反向磁畴向界面推进,畴壁遇到界面,畴逐渐窄,由于畴内存储能量大,畴壁突破界面,使硬磁层反转。D>70%时,软磁相中形核后,形核点的磁矩偏离外场方向旋进,偏离角随着反向磁场的增大而增大,出现90°畴壁,突然跳跃进入硬磁层变为180°畴壁并形成反向磁畴,从而瞬间完成磁化反转过程。D>70%,Mr/Ms>0.65,用来存储信息还是足够大的,但与纯Ll0-FePt的Hs对比,矫顽力却大大降低。4.模拟Ll0(20 nm)/Al(x nm)和Ll0(30 nm)/Al(x nm)两个双层膜,明显的变化也发生在x为5到7之间,且x越小,硬磁层厚度变化带来的影响越显著,但总之,对矫顽力影响不大。但如果实际制作20 nm厚的薄膜,热处理后晶粒尺寸会比30 nm厚的小,矫顽力应该反而会增大。Al(x nm)/Ll0(30 nm)/Al(x nm)薄膜,会比前面的双层膜模拟方法更可靠。