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具有条纹磁畴结构的NiFe薄膜的制备与磁各向异性研究

李金财 詹清峰 潘民杰 刘鲁萍 杨华礼 谢亚丽 谢淑红 李润伟

具有条纹磁畴结构的NiFe薄膜的制备与磁各向异性研究

李金财, 詹清峰, 潘民杰, 刘鲁萍, 杨华礼, 谢亚丽, 谢淑红, 李润伟
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  • 具有条纹磁畴结构的磁性薄膜表现出面内转动磁各向异性,对于解决高频电子器件的方向性问题起着至关重要的作用.本文采用射频磁控溅射的方法,研究了NiFe薄膜的厚度、溅射功率密度、溅射气压等制备工艺参数对条纹磁畴结构、面内静态磁各向异性、面内转动磁各向异性、垂直磁各向异性的影响规律.研究发现,在功率密度15.6 W/cm2与溅射气压2 mTorr(1 Torr=1.33322102 Pa)下生长的NiFe薄膜,表现出条纹磁畴的临界厚度在250 nm到300 nm之间.厚度为300 nm的薄膜比250 nm薄膜的垂直磁各向异性场增大近一倍,从而磁矩偏离膜面形成条纹磁畴结构,并表现出面内转动磁各向异性.高溅射功率密度可以降低薄膜出现条纹磁畴的临界厚度.在相同功率密度15.6 W/cm2下生长300 nm的NiFe薄膜,随着溅射气压由2 mTorr增大到9 mTorr,NiFe薄膜的垂直磁各向异性场逐渐由1247.8 Oe(1 Oe=79.5775 A/m)增大到3248.0 Oe,面内转动磁各向异性场由72.5 Oe增大到141.9 Oe,条纹磁畴周期从0.53 m单调减小到0.24 m.NiFe薄膜的断面结构表明柱状晶的形成是表现出条纹磁畴结构的本质原因,高功率密度下低溅射气压有利于柱状晶结构的形成,表现出规整的条纹磁畴结构,高溅射气压会导致柱状晶纤细化,面内转动磁各向异性与面外垂直磁各向异性增强,条纹磁畴结构变得混乱.
      通信作者: 詹清峰, zhanqf@nimte.ac.cn;shxie@xtu.edu.cn ; 谢淑红, zhanqf@nimte.ac.cn;shxie@xtu.edu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:11374312,51525103,51522105,11372268)、国家重点研发项目(批准号:2012CB933004,2016YFA0201102)、中国科学院重点部署项目(批准号:KJZD-EWM05)、湖南省杰出青年基金(批准号:13JJ1019)和宁波市科技创新团队(批准号:2015B11001)资助的课题.
    [1]

    Yu Y, Zhan Q F, Wei J W, Wang J B, Dai G H, Zuo Z H, Zhang X S, Liu Y W, Yang H L, Zhang Y, Xie S H, Wang B M, Li R W 2015 Appl. Phys. Lett. 106 162405

    [2]

    Li C Y, Chai G Z, Yang C C, Wang W F, Xue D S 2015 Sci. Rep. 5 17023

    [3]

    Nogués J, Schuller I K 1999 J. Magn. Magn. Mater. 192 203

    [4]

    Yoo J H, Restorff J B, Wun F M, Flatau A B 2008 J. Appl. Phys. 103 07B325

    [5]

    Acher O, Dubourg S 2008 Phys. Rev. B 77 104440

    [6]

    Perrin G, Acher O, Peuzin J C, Vukadinovic N 1996 J. Magn. Magn. Mater. 157-158 289

    [7]

    Iakubov I T, Lagarkov A N, Maklakov S A, Osipov A V, Rozanov K N, Ryzhikov I A, Starostenko S N 2006 J. Magn. Magn. Mater. 300 e74

    [8]

    Wei J W, Zhu Z T, Feng H M, Du J L, Liu Q F, Wang J B 2015 J. Phys. D:Appl. Phys. 48 465001

    [9]

    Chai G Z, Phuoc N N, Ong C K 2012 Sci. Rep. 2 832

    [10]

    Zhang Z D 2015 Acta Phys. Sin. 64 067503(in Chinese)[张志东2015物理学报64 067503]

    [11]

    Wang G X, Dong C H, Yan Z J, Wang T, Chai G Z, Jiang C J, Xue D S 2013 J. Alloys Compd. 573 118

    [12]

    Zhou C, Wang F L, Wei W W, Wang G X, Jiang C J, Xue D S 2013 J. Phys. D:Appl. Phys. 46 425002

    [13]

    Soh W T, Phuoc N N, Tan C Y, Ong C K 2013 J. Appl. Phys. 114 053908

    [14]

    Singh G, Rout P K, Porwal R, Budhani R C 2012 Appl. Phys. Lett. 101 022411

    [15]

    Chikazumi S 1997 Physics of Ferromagnetism (Vol. 6)(Oxford:Oxford University Press) p451

    [16]

    Chai G Z, Phuoc N N, Ong C K 2013 Appl. Phys. Lett. 103 042412

    [17]

    Zhou C, Wei W W, Jiang C J 2015 Appl. Phys. A. 121 39

    [18]

    Barturen M, Salles B R, Schio P, Milano J, Butera A, Bustingorry S, Ramos C, Oliveira A J A, Eddrief M, Lacaze E, Gendron F, Etgens V H, Marangolo M 2012 Appl. Phys. Lett. 101 092404

    [19]

    Fin S, Tomasello R, Bisero D, Marangolo M, Sacchi M, Popescu H, Eddrief M, Hepbum C, Finocchio G, Carpentieri M, Rettori A, Pini M G, Tacchi S 2015 Phys. Rev. B 92 224411

    [20]

    Sharma P, Kimura H, Inoue A, Arenholz E, Guo J H 2006 Phys. Rev. B 73 052401

    [21]

    álvarez N R, Montalbetti M E V, Gómez J E, Moya R A E, Vicente á M A, Goovaerts E, Butera A 2015 J. Phys. D:Appl. Phys. 48 405003

    [22]

    Yu J, Chang C H, Karns D, Ju G P, Kubota Y, Eppler W, Brucker C, Weller D 2002 J. Appl. Phys. 91 8357

    [23]

    Wang G X, Dong C H, Wang W X, Wang Z L, Chai G Z, Jiang C J, Xue D S 2012 J. Appl. Phys. 112 093907

    [24]

    Saito N, Fujiwara H, Sugita Y 1964 J. Phys. Soc. Jpn. 19 421

    [25]

    Gu W J, Pan J, Du W, Hu J G 2011 Acta Phys. Sin. 60 057601(in Chinese)[顾文娟, 潘靖, 杜薇, 胡经国2011物理学报60 057601]

    [26]

    Zhou C, Jiang C J, Zhao Z 2015 J. Phys. D:Appl. Phys. 48 265001

    [27]

    Zhan Q F, Vandezande S, Temst K, Haesendonck C V 2009 New J. Phys. 11 063003

    [28]

    Chen J, Erskine J L 1992 Phys. Rev. Lett. 68 1212

  • [1]

    Yu Y, Zhan Q F, Wei J W, Wang J B, Dai G H, Zuo Z H, Zhang X S, Liu Y W, Yang H L, Zhang Y, Xie S H, Wang B M, Li R W 2015 Appl. Phys. Lett. 106 162405

    [2]

    Li C Y, Chai G Z, Yang C C, Wang W F, Xue D S 2015 Sci. Rep. 5 17023

    [3]

    Nogués J, Schuller I K 1999 J. Magn. Magn. Mater. 192 203

    [4]

    Yoo J H, Restorff J B, Wun F M, Flatau A B 2008 J. Appl. Phys. 103 07B325

    [5]

    Acher O, Dubourg S 2008 Phys. Rev. B 77 104440

    [6]

    Perrin G, Acher O, Peuzin J C, Vukadinovic N 1996 J. Magn. Magn. Mater. 157-158 289

    [7]

    Iakubov I T, Lagarkov A N, Maklakov S A, Osipov A V, Rozanov K N, Ryzhikov I A, Starostenko S N 2006 J. Magn. Magn. Mater. 300 e74

    [8]

    Wei J W, Zhu Z T, Feng H M, Du J L, Liu Q F, Wang J B 2015 J. Phys. D:Appl. Phys. 48 465001

    [9]

    Chai G Z, Phuoc N N, Ong C K 2012 Sci. Rep. 2 832

    [10]

    Zhang Z D 2015 Acta Phys. Sin. 64 067503(in Chinese)[张志东2015物理学报64 067503]

    [11]

    Wang G X, Dong C H, Yan Z J, Wang T, Chai G Z, Jiang C J, Xue D S 2013 J. Alloys Compd. 573 118

    [12]

    Zhou C, Wang F L, Wei W W, Wang G X, Jiang C J, Xue D S 2013 J. Phys. D:Appl. Phys. 46 425002

    [13]

    Soh W T, Phuoc N N, Tan C Y, Ong C K 2013 J. Appl. Phys. 114 053908

    [14]

    Singh G, Rout P K, Porwal R, Budhani R C 2012 Appl. Phys. Lett. 101 022411

    [15]

    Chikazumi S 1997 Physics of Ferromagnetism (Vol. 6)(Oxford:Oxford University Press) p451

    [16]

    Chai G Z, Phuoc N N, Ong C K 2013 Appl. Phys. Lett. 103 042412

    [17]

    Zhou C, Wei W W, Jiang C J 2015 Appl. Phys. A. 121 39

    [18]

    Barturen M, Salles B R, Schio P, Milano J, Butera A, Bustingorry S, Ramos C, Oliveira A J A, Eddrief M, Lacaze E, Gendron F, Etgens V H, Marangolo M 2012 Appl. Phys. Lett. 101 092404

    [19]

    Fin S, Tomasello R, Bisero D, Marangolo M, Sacchi M, Popescu H, Eddrief M, Hepbum C, Finocchio G, Carpentieri M, Rettori A, Pini M G, Tacchi S 2015 Phys. Rev. B 92 224411

    [20]

    Sharma P, Kimura H, Inoue A, Arenholz E, Guo J H 2006 Phys. Rev. B 73 052401

    [21]

    álvarez N R, Montalbetti M E V, Gómez J E, Moya R A E, Vicente á M A, Goovaerts E, Butera A 2015 J. Phys. D:Appl. Phys. 48 405003

    [22]

    Yu J, Chang C H, Karns D, Ju G P, Kubota Y, Eppler W, Brucker C, Weller D 2002 J. Appl. Phys. 91 8357

    [23]

    Wang G X, Dong C H, Wang W X, Wang Z L, Chai G Z, Jiang C J, Xue D S 2012 J. Appl. Phys. 112 093907

    [24]

    Saito N, Fujiwara H, Sugita Y 1964 J. Phys. Soc. Jpn. 19 421

    [25]

    Gu W J, Pan J, Du W, Hu J G 2011 Acta Phys. Sin. 60 057601(in Chinese)[顾文娟, 潘靖, 杜薇, 胡经国2011物理学报60 057601]

    [26]

    Zhou C, Jiang C J, Zhao Z 2015 J. Phys. D:Appl. Phys. 48 265001

    [27]

    Zhan Q F, Vandezande S, Temst K, Haesendonck C V 2009 New J. Phys. 11 063003

    [28]

    Chen J, Erskine J L 1992 Phys. Rev. Lett. 68 1212

  • [1] 顾文娟, 潘靖, 杜薇, 胡经国. 铁磁共振法测磁各向异性. 物理学报, 2011, 60(5): 057601. doi: 10.7498/aps.60.057601
    [2] 王日兴, 肖运昌, 赵婧莉. 垂直磁各向异性自旋阀结构中的铁磁共振. 物理学报, 2014, 63(21): 217601. doi: 10.7498/aps.63.217601
    [3] 薛慧, 马宗敏, 石云波, 唐军, 薛晨阳, 刘俊, 李艳君. 铁磁共振磁交换力显微镜. 物理学报, 2013, 62(18): 180704. doi: 10.7498/aps.62.180704
    [4] 潘 靖, 马 梅, 周 岚, 胡经国. 外应力场下铁磁/反铁磁双层膜系统的铁磁共振性质. 物理学报, 2006, 55(2): 897-903. doi: 10.7498/aps.55.897
    [5] 荣建红, 云国宏. 外应力场下双层铁磁薄膜中的铁磁共振性质. 物理学报, 2007, 56(9): 5483-5488. doi: 10.7498/aps.56.5483
    [6] 侯碧辉, 刘凤艳, 郭慧群. 磁共振法研究(Fe1-xCox)84Zr3.5Nb 3.5B8Cu1纳米晶薄带的磁各向异性. 物理学报, 2003, 52(10): 2622-2626. doi: 10.7498/aps.52.2622
    [7] 陶永春, 潘 靖, 周 岚, 胡经国. 外应力场下铁磁/反铁磁双层膜系统中的自旋波. 物理学报, 2007, 56(6): 3521-3526. doi: 10.7498/aps.56.3521
    [8] 周仕明, 鹿 牧, 袁淑娟. Ni纳米线阵列的铁磁共振研究. 物理学报, 2006, 55(2): 891-896. doi: 10.7498/aps.55.891
    [9] 陈亚博, 杨晓阔, 危波, 吴瞳, 刘嘉豪, 张明亮, 崔焕卿, 董丹娜, 蔡理. 非对称条形纳磁体的铁磁共振频率和自旋波模式. 物理学报, 2020, 69(5): 057501. doi: 10.7498/aps.69.20191622
    [10] M. M. Corte-Real, J. Q. Xiao, 杜 军, 孙 亮, 盛雯婷, 游 彪, 鹿 牧, 胡 安. 纳米复合Fe-R-O(R=Hf Nd Dy)薄膜面内铁磁共振研究. 物理学报, 2004, 53(7): 2352-2356. doi: 10.7498/aps.53.2352
    [11] 顾文娟, 潘靖, 胡经国. 垂直场下磁性薄膜中的铁磁共振现象. 物理学报, 2012, 61(16): 167501. doi: 10.7498/aps.61.167501
    [12] 涂宽, 韩满贵. 磁性多孔纳米片微波磁导率的微磁学研究. 物理学报, 2015, 64(23): 237501. doi: 10.7498/aps.64.237501
    [13] 韩方彬, 张文旭, 彭斌, 张万里. NiFe/Pt薄膜中角度相关的逆自旋霍尔效应. 物理学报, 2015, 64(24): 247202. doi: 10.7498/aps.64.247202
    [14] 翁世浚, 邝宇平. 立方晶体铁磁各向异性的自旋波理论. 物理学报, 1964, 20(9): 890-908. doi: 10.7498/aps.20.890
    [15] 石 玉, 张怀武, 荆玉兰, 刘颖力, 邢怀中. 磁场诱导的单离子各向异性反铁磁链的比热. 物理学报, 2005, 54(1): 280-283. doi: 10.7498/aps.54.280
    [16] 翁紫梅, 陈 浩. 单离子各向异性影响下的一维铁磁链中的孤子. 物理学报, 2007, 56(4): 1911-1918. doi: 10.7498/aps.56.1911
    [17] 许小勇, 潘 靖, 胡经国. 交换偏置双层膜中的反铁磁自旋结构及其交换各向异性. 物理学报, 2007, 56(9): 5476-5482. doi: 10.7498/aps.56.5476
    [18] 毕思云. 柱形畴阵的铁磁共振. 物理学报, 1988, 37(7): 1188-1191. doi: 10.7498/aps.37.1188
    [19] 胡志伟, 李锐鹏, 王 劼, 李红红, 郭玉献, 王 锋. 软x射线磁性圆二色吸收谱研究铁单晶薄膜的面内磁各向异性. 物理学报, 2005, 54(8): 3851-3855. doi: 10.7498/aps.54.3851
    [20] 聂向富, 唐贵德, 韩宝善, 李伯臧. 立方磁晶各向异性对面内磁场中条畴和磁泡稳定性的影响. 物理学报, 1985, 34(2): 155-163. doi: 10.7498/aps.34.155
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-07-19
  • 修回日期:  2016-08-14
  • 刊出日期:  2016-11-05

具有条纹磁畴结构的NiFe薄膜的制备与磁各向异性研究

  • 1. 湘潭大学材料科学与工程学院, 低维材料及其应用技术教育部重点实验室, 薄膜材料及器件湖南省重点实验室, 湘潭 411105;
  • 2. 中国科学院宁波材料技术与工程研究所, 中国科学院磁性材料与器件重点实验室, 浙江省磁性材料及其应用技术重点实验室, 宁波 315201
  • 通信作者: 詹清峰, zhanqf@nimte.ac.cn;shxie@xtu.edu.cn ; 谢淑红, zhanqf@nimte.ac.cn;shxie@xtu.edu.cn
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:11374312,51525103,51522105,11372268)、国家重点研发项目(批准号:2012CB933004,2016YFA0201102)、中国科学院重点部署项目(批准号:KJZD-EWM05)、湖南省杰出青年基金(批准号:13JJ1019)和宁波市科技创新团队(批准号:2015B11001)资助的课题.

摘要: 具有条纹磁畴结构的磁性薄膜表现出面内转动磁各向异性,对于解决高频电子器件的方向性问题起着至关重要的作用.本文采用射频磁控溅射的方法,研究了NiFe薄膜的厚度、溅射功率密度、溅射气压等制备工艺参数对条纹磁畴结构、面内静态磁各向异性、面内转动磁各向异性、垂直磁各向异性的影响规律.研究发现,在功率密度15.6 W/cm2与溅射气压2 mTorr(1 Torr=1.33322102 Pa)下生长的NiFe薄膜,表现出条纹磁畴的临界厚度在250 nm到300 nm之间.厚度为300 nm的薄膜比250 nm薄膜的垂直磁各向异性场增大近一倍,从而磁矩偏离膜面形成条纹磁畴结构,并表现出面内转动磁各向异性.高溅射功率密度可以降低薄膜出现条纹磁畴的临界厚度.在相同功率密度15.6 W/cm2下生长300 nm的NiFe薄膜,随着溅射气压由2 mTorr增大到9 mTorr,NiFe薄膜的垂直磁各向异性场逐渐由1247.8 Oe(1 Oe=79.5775 A/m)增大到3248.0 Oe,面内转动磁各向异性场由72.5 Oe增大到141.9 Oe,条纹磁畴周期从0.53 m单调减小到0.24 m.NiFe薄膜的断面结构表明柱状晶的形成是表现出条纹磁畴结构的本质原因,高功率密度下低溅射气压有利于柱状晶结构的形成,表现出规整的条纹磁畴结构,高溅射气压会导致柱状晶纤细化,面内转动磁各向异性与面外垂直磁各向异性增强,条纹磁畴结构变得混乱.

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