XMCD吸收譜在鐵磁性納米薄膜中的應(yīng)用.pdf

1、納米磁性薄膜是近年來(lái)磁性材料研究的前沿陣地。在磁性超薄膜與磁性多層膜中已發(fā)現(xiàn)了許多與宏觀體系不同的物理現(xiàn)象和效應(yīng)。如界面效應(yīng)、量子效應(yīng)、量子隧道效應(yīng)、巨磁阻效應(yīng)等。那么如何表征納米尺度下的磁特性成為現(xiàn)代信息、自動(dòng)化等領(lǐng)域發(fā)展的要求。文中將介紹一種新型的磁表征技術(shù)——X射線磁性圓二色(XMCD)。它測(cè)量的是磁性材料對(duì)左、右旋偏振光的吸收差異，利用加和定則，可以分別得到原子的軌道磁矩和自旋磁矩。與其它常規(guī)的磁測(cè)方法相比，具有元素可分辨、表面

2、敏感、化學(xué)鍵靈敏等優(yōu)點(diǎn)。因此XMCD與加和定則相結(jié)合目前被廣泛的地用于研究3d過(guò)渡金屬組成的磁性薄膜、多層膜。本論文由以下四部分組成： 1.介紹XMCD產(chǎn)生的歷史背景及其發(fā)展趨勢(shì)。隨著同步輻射技術(shù)的發(fā)展，XMCD的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和相關(guān)理論得到了充分的發(fā)展，成為磁學(xué)領(lǐng)域的一支生力軍。近年來(lái)的研究熱點(diǎn)集中在兩方面：一方面研究方向趨于更低維度的體系，如孤立3d過(guò)渡金屬原子的巨磁各向異性；一維金屬納米線的磁有序；納米超薄膜在低溫強(qiáng)磁場(chǎng)下的磁特

3、性等。另一方面并行開(kāi)展了一系列關(guān)于多層膜磁特性的研究，例如多層膜之間的界面效應(yīng)；磁性層對(duì)非磁性層通過(guò)界面電子的雜化作用誘導(dǎo)磁矩；磁性金屬膜的厚度效應(yīng)和溫度效應(yīng)等。 2.XMCD光束線U18及其調(diào)試。該束線由國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室資助，包括了斬波器、前置鏡、變線距平面光柵后置鏡等光學(xué)元件。光束線在安裝過(guò)程中要對(duì)每個(gè)光學(xué)元件的姿態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)直。通過(guò)測(cè)量Ar、O2、Ne的氣體近邊吸收譜，可以計(jì)算光束線在吸收邊位置處所能達(dá)到的分辨本領(lǐng)。最后利用

4、軟X波段探測(cè)器AXUV-100測(cè)量100～1000eV波段范圍內(nèi)不同狹縫開(kāi)度下的光子通量。 3.XMCD吸收譜的數(shù)據(jù)處理。由于3d過(guò)渡族元素的軌道磁矩幾乎為零，因此XMCD吸收譜的數(shù)據(jù)處理至關(guān)重要。首先實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上應(yīng)盡量避免使用略入射角，減小飽和效應(yīng)的影響。還要考慮外磁場(chǎng)對(duì)信號(hào)的影響并提出解決辦法。利用加和定則計(jì)算原子的軌道磁矩和自旋磁矩時(shí)，關(guān)心的是吸收譜的積分面積。選用不同的數(shù)值積分方法得到的結(jié)果是不同的。我們利用XPSPEAK

5、4.1對(duì)實(shí)驗(yàn)譜線進(jìn)行擬合，寫出吸收譜的解析函數(shù)，利用解析函數(shù)可精確求積分的優(yōu)點(diǎn)，建立相對(duì)“客觀”的標(biāo)準(zhǔn)，以此判斷在一定實(shí)驗(yàn)條件下何種數(shù)值積分方式更合理。 4.XMCD實(shí)驗(yàn)技術(shù)在納米鐵磁性薄膜中的應(yīng)用。利用XMCD實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究了兩個(gè)納米鐵磁性體系，1)MgO/Fe/MgO：得到了鐵原子的自旋磁矩/軌道磁矩為2.33μB/0.069μB，并考察了鐵膜的面內(nèi)磁各向異性，認(rèn)為Fe膜具有雙軸磁各向異性與單軸磁各向異性，二者疊加在一起，使得