鎳薄膜超快熱化動力學(xué)的實驗研究及數(shù)值模擬.pdf

1、目前對計算機數(shù)據(jù)傳輸速率的要求不斷提高。這就要求數(shù)據(jù)的讀出過程需要較寬的電子傳輸帶寬，寫入過程需要較短的反轉(zhuǎn)時間。目前的主要障礙在于寫入過程，磁性存儲裝置中的磁性層轉(zhuǎn)換特性限制了磁性裝置速度的提高。為了克服這個困難，需要對磁性層在超快時間尺度內(nèi)的動力學(xué)過程進行研究，得到其發(fā)生特性轉(zhuǎn)換的時間，進而改進計算機中現(xiàn)有的磁性存儲裝置。因此，本文對典型的3d金屬鎳及其復(fù)合膜在飛秒激光下的超快熱化過程進行了詳細(xì)研究。
　　 首先，采用磁控濺

2、射技術(shù)制備了不同厚度的Ni薄膜及其復(fù)合膜，對部分樣品進行了500℃真空退火，利用掃描電子顯微鏡和原子力顯微鏡對退火前后的樣品進行表征，發(fā)現(xiàn)退火后的薄膜結(jié)晶性增強了；對于Cu/Ni復(fù)合膜，較厚的Cu層使薄膜退火后的結(jié)晶性更好，晶粒多而均勻；退火使得復(fù)合膜Cu/Ni比Cr/Ni更有利于薄膜表面晶粒的生長。
　　 其次，對已制備好的薄膜樣品，采用飛秒激光泵浦-探測技術(shù)測試了其在不同參數(shù)條件下的瞬態(tài)反射率信號，重點研究了泵浦光與探測光功

3、率、散熱層和退火對瞬態(tài)反射率曲線的影響，獲得以下結(jié)論：受飛秒激光脈沖激發(fā)后，Ni薄膜瞬態(tài)反射率在約0.2ps時從穩(wěn)定值突變至極值，隨后有一個較緩慢的恢復(fù)過程，并且在15ps，30ps和45ps附近出現(xiàn)了應(yīng)力回波產(chǎn)生的尖峰；泵浦光功率的升高，使得反射率變化率突變的幅值增大；探測光與泵浦光功率之比的減小可以提高系統(tǒng)的信噪比；不同散熱層下薄膜瞬態(tài)反射率急劇下降的時間是一致的，但是具有較大電子比熱容常數(shù)和強電子聲子耦合常數(shù)的散熱層如Cr更能提高

4、瞬態(tài)熱傳導(dǎo)的散射效率。退火后的復(fù)合膜相比退火前在突變后的恢復(fù)過程進行得更快，Cu層較厚時退火后的瞬態(tài)反射率恢復(fù)率比Cu層較薄時大；相比Cr(40nm)/Ni(40nm)，復(fù)合膜Cu(40nm)/Ni(40nm)具有較小的晶格失配率，退火更有利于后者內(nèi)部電子和聲子以擴散方式進行的熱傳遞。
　　 最后，采用有限差分法對三溫模型進行了數(shù)值求解，并對Ni薄膜和NiFe薄膜的超快熱化過程進行了模擬。引進一個相當(dāng)于自旋比熱容常數(shù)的系數(shù)γs來