FePt/FeRh双层薄膜的热致反铁磁—铁磁转变

【摘要】有序化的L10相FePt硬磁性合金具有面心四方结构,化学性质稳定,饱和磁化强度大,单轴磁晶箨向异性能高,是下一代采用垂直记录馍式超高面密度磁存储介质的哼句材料。但是形成小颗粒后,其矫顽力太大,在改写数据时,需要磁头提供非常高的反转磁场。引入软磁层形成硬磁-软磁复合结构,借助二者之间的交换弹性作用,可以有效降低FePt的矫顽力,有利于降低反转磁场,咀是同时也降低了介质的有效磁晶各向异性能,对磁稳定性不利。引入反铁磁层,形成艘磁-反铁磁复合结构,借助二者之间的交换偏置作用,能够使FePtB勺磁性更稳定.有利于提高存储密度.但是更加增大了磁化反转难度,对改写数据不利。舱柏的FeRh台金能够存100℃左右发生反铁磁-铁磁相变,将其合金与FePt合金结合,形成一种新型的复合结构,则可以实现弹性作用和偏置作用的相互转换,利用热辅助磁记录技术,在改写数据时,用极细的激光束将被照射区域的温度提高到FeRh合金的磁性相变温度以上,使FeRh对FePt起到弹性作用,从而降低FePt的矫顽力；而在常温,FeRh对FePt起到钉扎作用,使保存敏据更稳定但是FeRh的磁性转变温度过于接近室温,会影响介质的可靠性。本文用磁控溅射方法成膜,用MgO(001)单晶基片获得(001)织构,通过改变FeRh层的成分和控制FePt的有序度,来适当提高FeRh的磁性转变温度并调控FePt的矫顽力,提高FePt/FeRh复合介质的实用性。主要内容包括四部分：(一)热处理温度对FePt单层性质的影响。在400。C生长25nm厚的FePt薄膜,在Ta=[500,800]℃温度范围进行6h的真空热处理,分析薄膜的晶体结构,磁性和表面形貌的变化。结果表明：在400。C成膜MgO(001)基片能诱导FePt沿[001]方向取向生长,但处于无序的A1相,呈软磁性、Ta=500。C时,薄膜的结构无明显变化。Ta=600℃时,薄膜出现部分有序化,A1相与Ll。相共存。沿下行于膜面的方向(硬磁相的磁化难轴方向)施加磁场,矫顽力可到达10kOe,而在垂直于膜面的方向(硬磁相的磁化易轴方向)施加磁场,矫顽力却只有5kOe。说明两相之间存在强烈的交换耦合作用,形成了硬磁—软磁复合体。这为进一步主动调控FePt／FeRh复合薄膜的磁性提供了可能。瓦=700。C,薄膜的有序化基本完成,磁化易轴彻底转向垂直于膜面的方向,饱和磁化后其磁化反转主要依靠形核。(二)FeRh层成分对FeRh的磁性相变温度的影响。使Fe和Pt的原子比为30：70,在400℃沉积25nm厚的FePt薄膜,成膜后在兀=600℃,700℃进行热处理6h,再在450℃沉积Fe和Rh原子比例不同的FeRh薄膜,得到富Rh的Fe40Rh60和富Fe的Fe53Rh47,厚度为50nm,完成后对样品继续在450℃保温24h。分析表明,部分Pt会从FePt层扩散进入FeRh层,占据其中的Rh位,使得FeRh的相转变温度升高；FeRh层中Rh含量多,也可以提高其相转变温度。(三)FePt层有序度对FeRh磁性相变温度及FeRh/FePt双层薄膜性质的影响。使Fe和Pt原子比例近似为1：1,在400℃生长25nm厚的FePt薄膜,Ta=600℃,700℃进行热处理6h；再在450℃生长50nm厚的FeRh薄膜(Fe和Rh的原子比例接近1：1),并保温24h。结果表明,Pt原子的扩散量取决于FePt层的有序化程度。FePt层的有序化程度越低,处于亚稳态的A1相FePt越多,Pt越容易进入FeRh层。咒不高于600。C,都可以使FePt/FeRh双层薄膜的相转变温度提高到200。C,并且其室温磁化曲线呈现很好的矩形,提高了FePt/FeRh复合介质的实用性。(四)尝试用光刻技术在常温制作FePt格点,在780℃进行热处理24h后,再在450℃生长FeRh薄膜并保温24h,形成FePt/FeRh镶嵌阵列。对其结构和磁性进行分析表明,FePt层由于成膜温度低,没有形成(001)织构。
【作者】柳树海；
【导师】李国庆；
【作者基本信息】西南大学，凝聚态物理，2014，硕士
【关键词】FePt/FeRh复合薄膜；反铁磁-铁磁转变；交换偏置；交换弹性；矫顽力；

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