磁性材料的鐵磁共振線寬研究.pdf

1、磁性薄膜的磁化動力學(xué)特性是當(dāng)今新興學(xué)科——自旋電子學(xué)的重要研究方向之一。磁化動力學(xué)阻尼由于直接關(guān)系到自旋電子器件和磁性存儲器件的讀寫速度，吸引著很多科研工作者的興趣。鐵磁共振由于高的靈敏度和裝置簡單成熟的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用于磁特性和磁性弛豫的研究。其吸收譜能夠間接的反映磁化動力學(xué)阻尼等信息。本文利用鐵磁共振手段對磁性弛豫機(jī)制中的雙磁子散射和鐵磁/非磁多層膜結(jié)構(gòu)的自旋泵浦進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，獲得主要結(jié)果如下:
　　一 Fe1-xGdx

2、磁性薄膜的雙磁子散射線寬研究
　　本文利用高真空磁控濺射儀制備了不同稀土Gd摻雜的Fe薄膜，Gd摻雜濃度從0％增加到26％，薄膜的結(jié)構(gòu)為Si/Ta(5 nm)/Fe1-xGdx(30 nm)/Ta(5 nm)。研究發(fā)現(xiàn)，隨Gd含量的增加，薄膜從多晶轉(zhuǎn)變非晶的轉(zhuǎn)變。飽和磁化強(qiáng)度和矯頑力隨Gd的增加不斷減小。通過鐵磁共振對Fe1-xGdx系列薄膜的面外線寬進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)Fe1-xGdx系列薄膜中存在較大的雙磁子散射，這種雙磁子散射導(dǎo)致

3、線寬的顯著增寬。利用Landau-Lifshitz-Gilbert(LLG)方程和薄膜自由能公式對共振場和共振線寬進(jìn)行擬合，結(jié)合Arias和Mills提出的雙磁子散射理論，成功的分離出雙磁子散射對于線寬加寬的貢獻(xiàn)，得到了Fe1-xGdx系列薄膜本征Gilbert阻尼因子α等重要磁性參數(shù)。發(fā)現(xiàn)阻尼因子α隨著Gd參雜含量的增加從0.0065逐漸增大到0.054。說明稀土Gd摻雜對調(diào)制Fe薄膜的磁性阻尼有非常重要的作用。
　　二 FeN

4、i/Tb和FeNi/Cu-Tb薄膜的自旋泵浦研究
　　用高真空磁控濺射儀制備了不同系列的FeNi/Tb和FeNi/Cu-Tb薄膜，對Si/Tb(5 nm)/FeNi(10 nm)/Tb(d1 nm)薄膜的基本磁性研究表明:隨著Tb覆蓋層厚度的增加飽和磁化強(qiáng)度減小，而矯頑力和單軸各向異性有所增強(qiáng)。鐵磁共振研究表明:FeNi/Tb結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的自旋泵浦效應(yīng)，導(dǎo)致阻尼顯著增加。通過將緩沖層Tb置換成Ta，制備系列Si/Ta(5 nm)/

5、FeNi(10 nm)/Tb(d2 nm)薄膜，對比研究發(fā)現(xiàn)，自旋泵浦效應(yīng)有所減弱，主要是由于FeNi/Ta自旋泵浦效應(yīng)較弱所致。通過改變磁性層FeNi的厚度，制備薄膜結(jié)構(gòu)為Si/Ta(5 nm)/FeNi(d3 nm)/Tb(4 nm)，發(fā)現(xiàn)阻尼與鐵磁層FeNi厚度成反比，與自旋泵浦理論一致。得到的自旋擴(kuò)散長度λSD≈8 nm，Tb(5 nm)/FeNi(10 nm)/Tb(d1 nm),Ta(5 nm)/FeNi(10 nm)/Tb

6、(d2 nm)和Ta(5 nm)/FeNi(d3 nm)/Tb(4 nm)的自旋混合電導(dǎo)分別為:5.7×1016，4.6×1016和2.6×1016cm-2。
　　受到鐵磁材料中稀土摻雜可以提高自旋軌道耦合啟發(fā)，在弱自旋泵浦材料Cu中摻雜Tb，調(diào)制非磁層Cu-Tb的自旋軌道耦合與界面混合電導(dǎo)，從而達(dá)到調(diào)制自旋泵浦的目的。利用高真空磁控濺射儀制備了三個(gè)系列樣品，分別改變覆蓋層的厚度和Tb的摻雜濃度，薄膜結(jié)構(gòu)為:Si/Ta(5 nm)

7、/FeNi(10 nm)/Cu1-xTbx(dnm)d=0，1，2，4，8，16和32 nm，Tb的濃度分別為x=22％，48％和66％;實(shí)驗(yàn)結(jié)果很好的證實(shí)了我們的想法，飽和阻尼從22％的0.0177增加到66％的0.0677。Cu-Tb薄膜的自旋擴(kuò)散長度隨著Tb的增加而減小，從22％ Tb的18 nm減小到66％ Tb的8 nm，而自旋混合電導(dǎo)變大，從4×1015cm-2增加到26×1015cm-2。說明不同Tb摻雜的Cu-Tb薄膜確