垂直取向硬磁-軟磁FePt交換彈簧的制備與性質(zhì).pdf

1、硬磁/軟磁相之間的交換耦合是磁學(xué)研究中的一個(gè)重要問(wèn)題，在發(fā)展高磁能積永磁材料和超高存儲(chǔ)密度垂直磁記錄介質(zhì)方面都受到特別關(guān)注。L10-FePt(Face Centered Tetragonal, fct)硬磁合金，具有高的單軸磁晶各向異性能Ku，超小的超順磁極限尺寸，高矯頑力Hc，高飽和磁化強(qiáng)度Ms，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，使其成為下一代超高存儲(chǔ)密度垂直磁記錄介質(zhì)的最佳候選材料。其矯頑力太高有利于數(shù)據(jù)保存，卻不利于數(shù)據(jù)的改寫(xiě)。交換耦合是解決這個(gè)問(wèn)題

2、的有效途徑，需引入軟磁層(磁晶各向異性能Ku低，矯頑力Hc低)構(gòu)成硬磁/軟磁復(fù)合結(jié)構(gòu)，硬/軟磁兩相之間產(chǎn)生的交換耦合作用，通過(guò)改變兩相之間的耦合作用強(qiáng)弱來(lái)調(diào)節(jié)記錄介質(zhì)的寫(xiě)入場(chǎng)，又仍能保持硬磁層的高磁晶各向異性及熱穩(wěn)定性。
　　本文以MgO(001)單晶基片作為襯底，采用磁控濺射法取向生長(zhǎng)出FePt(001)單層膜、L10-FePt(001)/A1-FePt雙層膜及L10-FePt(001)/MgO/A1-FePt多層膜。其中， L

3、10-FePt/A1-FePt雙層膜中通過(guò)改變硬磁層的熱處理溫度以及調(diào)整軟磁層的厚度， L10-FePt/MgO/A1-FePt多層膜中通過(guò)改變中間非磁性層MgO的厚度，對(duì)薄膜的結(jié)構(gòu)、形貌以及磁性行為進(jìn)行分析。得到結(jié)果如下：
　　(1)在加熱到400℃的 MgO(001)單晶基片上取向生長(zhǎng)30 nm厚的A1相FePt軟磁薄膜，并對(duì)其在Ta=[400℃,700℃]溫度范圍進(jìn)行6 h熱處理，使其發(fā)生不同程度的A1→L10轉(zhuǎn)變。Ta≤6

4、00℃，硬磁層的覆蓋率保持100％，但晶粒尺寸有差異；在Ta=500℃和600℃時(shí)，硬磁層的有序度分別為0.61和0.84，內(nèi)部L10相與A1相共存，兩相間形成交換耦合復(fù)合體，交換作用使得薄膜出現(xiàn)垂直磁晶各向異性，易軸磁化曲線呈方形；在Ta=500℃時(shí)，矯頑力接近5 kOe。兼顧薄膜有序化程度及表面形貌連續(xù)性兩點(diǎn)可以得出，制備硬磁/軟磁磁性彈簧，應(yīng)主要使用 Ta=500℃和600℃兩種硬磁層(為了方便，文中將硬磁層都表述為L(zhǎng)10-FeP

5、t)。
　　(2)以Ta=500℃和600℃的FePt(30 nm)薄膜作為硬磁層，再在100℃繼續(xù)沉積不同厚度的A1相FePt，得到具有(001)織構(gòu)的L10-FePt(30 nm, Ta)/A1-FePt(x nm)雙層磁性交換彈簧。在軟磁層厚度為20 nm時(shí)，雙層薄膜的磁化曲線依然保持方形，軟磁層與硬磁層的磁矩一起反轉(zhuǎn)，表現(xiàn)為剛性行為；而軟磁層厚度為30 nm，反磁化曲線出現(xiàn)兩個(gè)磁化強(qiáng)度明顯下降的拐點(diǎn)，磁化反轉(zhuǎn)分為軟磁層先反

6、轉(zhuǎn)和硬磁層后反轉(zhuǎn)兩個(gè)階段，表明層間交換作用長(zhǎng)度都在20 nm< lex<30 nm范圍，是理想L10/A1-FePt交換彈性體系的2倍以上。經(jīng)過(guò)分析認(rèn)為，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因在于硬磁層中L10相與A1相共存，降低了有效單軸磁晶各向異性能密度。通過(guò)改變硬磁層的A1→L10轉(zhuǎn)變程度，可以調(diào)控矯頑力與層間交換作用長(zhǎng)度，為根據(jù)需要設(shè)計(jì)磁性彈簧的性質(zhì)提供了方便。
　　(3)在 L10-FePt(001)(30 nm, Ta)/A1-FePt(