层间耦合FM/NM/FM体系高频磁性研究

论文摘要

随着通讯、高密度磁记录以及雷达技术的迅猛发展,对器件高频化、集成化等特点要求越来越高,迫切需求工作频率在GHz频段范围内的高性能软磁材料。在电磁信号转换、磁信息写入、电磁屏蔽、微波集成电路等多个重要的技术领域中,都要求软磁材料能在GHz频率范围具有尽可能高磁导率。然而,根据Acher极限可知,传统单层铁磁薄膜的自然共振频率和磁导率同时提高比较有限,而通过引入层间耦合作用的反铁磁耦合三明治结构可以进一步获得更高的共振频率和磁导率。本文主要利用外加磁场和倾斜溅射共同诱导的磁控溅射方法,在单晶Si基底上生长具有层间耦合和单轴各向异性体系的铁磁层/非磁层/铁磁层(FM/NM/FM)三明治结构。利用振动样品磁强计(VSM),矢量网络分析仪(VNA)和变温铁磁共振(CryoFMR)等表征手段研究层间交换作用及高频磁性,我们主要研究内容如下:(1)通过磁控溅射制备FM/NM/FM三明治薄膜,随着中间NM层厚度的增大,VSM数据结果显示从单loop到双loop转变,意味着两层铁磁层间的耦合作用由铁磁耦合到反铁磁耦合方式的转变,两者交替振荡出现且交换作用强度随着非磁性层厚度增大而减弱。利用铁磁共振动态磁性表征反铁磁耦合样品同时获得同相位进动的声学和反相位进动的光学共振模式。该实验结果与理论RKKY相互作用相一致,因此我们通过控制非磁层厚度实现层间的铁磁或反铁磁耦合作用。(2)选取上述体系具有较强层间反铁磁耦合的FM/NM/FM样品,利用变频的铁磁共振测量,获得不同温度声学和光学共振模式的共振曲线。通过基泰尔方程拟合得到耦合场随温度增大而减小,这与界面和自旋波激发有关。同时得到在不同温度下两种模式总等效阻尼的变化,实验结果表明光学共振模式总等效阻尼明显高于声学共振模式,主要是由于光学共振模式磁矩进动为反相位,自旋泵浦效应产生的非局域阻尼增大了总等效阻尼,并且非局域阻尼随着反铁磁耦合作用的增强而增大。(3)通过矢量网络分析仪获得具有层间反铁磁耦合的FM/NM/FM三明治结构复数磁导率和频率的依赖关系。沿易轴方向施加外磁场可以调控具有高自然共振频率和高磁导率的光学共振模式。在不加外磁场的自然共振状态时,角度依赖的磁共振模式表现出声学或者光学共振模式的转变,并且光学共振模式出现与磁矩和微波场夹角间定性依赖关系为h|cosΦ|。当外加磁场接近饱和场时,角度依赖的共振模式只表现出低频的声学共振模式,并且声学模式共振频率表现出准各向同性,为提高软磁薄膜在微波集成电路的有效利用率提供研究思路和方法。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王文强

导师: 蒋长军

关键词: 层间交换耦合,人工合成反铁磁,声学和光学支,铁磁共振,准各向同性

来源: 兰州大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 物理学,电力工业

单位: 兰州大学

基金: 国家自然科学基金项目(编号:11374131,51501081,51671099),长江学者和发展创新团队计划(编号:IRT-16R35)

分类号: TM271

总页数: 65

文件大小: 3049K

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