磁性外延异质结构薄膜中的光发射电子显微学研究

论文摘要

自旋电子学作为一门快速发展的学科对于物理学前沿理论的开拓与信息技术的进步都具有重要的意义,而作为自旋电子器件核心结构的磁性纳米多层膜体系也因此成为了人们关注的焦点。这其中一个重要的研究领域就是关注磁性薄膜体系中受表面界面等因素调控的磁畴结构。光发射电子显微镜可以兼容多种光源实现激发过程,同时对于表面信息更为敏感,因此成为了研究薄膜体系中磁畴结构的重要技术手段。另一方面,深紫外激光技术的重大突破使得光发射电子显微镜摆脱大型同步辐射装置的限制而开展磁畴结构研究变为了可能。因此本论文以光发射电子显微镜作为核心表征技术手段,在具有单晶外延结构的铁磁/反铁磁异质薄膜体系中开展了关于近费米能级的光电子激发磁成像技术的探索,主要成果如下:（1）以偏振态可调的177.3 nm深紫外激光作为激发光源接入光发射电子/低能电子显微镜（PEEM/LEEM）系统并实现了优于20 nm空间分辨率的表面观测。设计样品传输装置并完成了光发射电子显微镜与分子束外延联合系统的搭建工作,使得在单晶薄膜体系中开展PEEM磁成像观测实验具备了技术条件。（2）在具有外延结构的高质量FePt薄膜中利用深紫外激光-光发射电子显微镜作为表征技术对该体系在近费米能级的光电子激发磁畴成像进行了研究。首先在具有（001）取向的单晶L10-FePt薄膜中利用圆偏振态的深紫外激光直接观测到了L10-FePt的磁畴结构并测定磁成像空间分辨率为43.2 nm,与XMCD-PEEM技术处于同一水准。此外通过在缓冲层结构中引入纳米台阶结构实现了FePt薄膜的（001）与（111）双取向外延晶体结构,并在该体系内使用线偏振态深紫外激光观测到了磁线二色衬度,其强度为磁圆二色衬度的4.6倍。利用micro-LEED技术对出现磁线二色衬度区域的结构进行了更为精确的分析,证明在纳米台阶两侧FePt的晶体结构由有序排列的FCT（001）结构变为无序排列FCC（111）结构,在此过程中晶体结构在过渡区域完成晶向的转变后FePt原子排列的有序度得到了暂时保留,形成了FCT（111）中间状态,该状态具有结构的二重对称性与磁矩在空间的倾角排列状态,据此进一步阐明了出现磁线二色效应区域的晶体结构与磁结构,同时为后续理论研究的深入开展确定了方向。（3）利用分子束外延技术制备了具有单晶外延结构的反铁磁IrMn3薄膜并在具有（001）外延取向的IrMn3薄膜中利用线偏振态UV光观测到了存在偏振方向依赖关系的PEEM图像衬度并确认其来源于IrMn反铁磁性引发的线二色效应。此外在具有（111）外延取向的IrMn3薄膜中没有观测到类似的衬度,这既证明了以阈激发PEEM技术研究反铁磁材料磁结构的可行性同时也说明IrMn3的反铁磁线二色性与晶体结构之间存在关联。

论文目录

文章来源

类型: 博士论文

作者: 赵云驰

导师: 孙阳（SUN Young）

关键词: 光发射电子显微镜,深紫外激光,磁二色,垂直磁各向异性,单晶磁性多层膜

来源: 中国科学院大学(中国科学院物理研究所)

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 中国科学院大学(中国科学院物理研究所)

分类号: TN16;O482.5

总页数: 130

文件大小: 8245K

下载量: 109

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标签：光发射电子显微镜论文;  深紫外激光论文;  磁二色论文;  垂直磁各向异性论文;  单晶磁性多层膜论文;