磁过滤脉冲真空电弧沉积的Co-C纳米颗粒膜的结构与磁性

【作者】 王浩； J.B.Xu； S.P.Wong； X.X.Zhang；

【机构】 五邑大学薄膜与纳米材料研究所； 香港中文大学电子工程系暨材料科技研究中心； 香港科技大学物理系；

【摘要】 采用磁过滤脉冲真空电弧共沉积方法,在单晶硅片上制备了系列Co-C纳米颗粒膜,对制备态薄膜进行了不同温度的真空退火处理.分别采用X射线光电子能谱仪（XPS）、透射电子显微镜（TEM）、磁力显微镜（MFM）对薄膜的化学组分,形貌、颗粒尺寸、微观结构、磁畴结构进行了测量与分析;采用超导量子干涉磁强计（SQUID）对薄膜的磁性进行了测量。结果表明,制备态薄膜为颗粒状非晶结构,颗粒尺寸3～4 nm,观察不到明显的磁畴结构,样品呈现出软磁特性;在经250～350℃的真空退火处理后,薄膜呈现密堆六方（hcp）Co与晶态Co_xC共存的亚稳态结构,薄膜由软磁逐渐向硬磁转变。当退火温度达到350～400℃时（与组分有关）,Co_xC分解为hcp-Co和石墨态C,Co颗粒尺寸增大至5～7nm,此时,可观察到明显的长程磁畴结构和典型的铁磁特征,对于350℃退火的Co₆₅C₃₅样品,室温饱和磁化强度（M_s）、矫顽力（H_c）和剩磁比（M_r/M_s）分别为2.5×10⁵ J/T²·cm³,37 kA/m,和0.68。制备态薄膜的软磁特性是由其非晶结构所决定,而退火态样品的磁硬化则是由于薄膜中Co颗粒的晶化而引起。这种纳米颗粒薄膜体系作为高密度磁记录介质,具有一定的潜在应用价值。更多还原