Fe/Sm薄膜的微结构与磁学性能的研究

【作者】 李丹； 杨国华； 耿魁伟； 谷宇； 曾飞； 潘峰；

【机构】 清华大学材料科学与工程系先进材料教育部重点实验室；

【摘要】 本文采用电子束蒸镀技术制备了Fe/Sm金属多层膜,研究了Fe/Sm多层膜的微结构与磁矩振荡现象。本实验中制备了一组固定Sm层厚度为6.0nm,改变Fe层厚度0.8-6.0nm的Fe/Sm多层膜。用小角X射线衍射来测定样品的总厚度及周期性。用VSM测磁学性能。利用VSM测量中得到的总磁矩(误差小于1%)和等离子发射光谱(ICP)测量中得到的铁原子绝对含量(误差5%)计算出铁的原子磁矩。X射线衍射分析结果表明,电子束蒸镀的Fe/Sm多层膜调制周期,与设计值基本一致。从VSM测试中发现,Sm的厚度固定为6.0nm,Fe层厚度tFe≤2.0nm时,Fe/Sm薄膜中出现磁矩振荡现象, 而Fe层厚度tFe>2.0nm时,磁矩振荡现象消失,薄膜的磁矩比较均匀。当Fe层很薄时,薄膜出现磁矩振荡现象,原因应归结为Fe/Sm多层膜界面存在反铁磁耦合效应。Sm的厚度为6.0nm时,薄膜不可能存在层间反铁磁耦合效应,但因为Sm本身是具有反铁磁性的轻稀土元素,Fe层薄的时候,Fe层受到Sm层原子的影响使Fe原子磁体的磁矩重新排列,即界面出现反铁磁耦合效应。当Fe层的原子层数为偶数时,相邻原子磁体层的磁矩互相抵消,薄膜的磁矩会比较低,当Fe层的原子层数为奇数时,Fe层具有没有被抵消的原子磁体层,薄膜的磁矩会相对较高。不同的厚度具有不同的原子层数,因此Fe层厚度较薄时,在不同厚度下,薄膜具有不同的磁矩,即出现磁矩振荡现象。另Fe相邻原子磁体层的磁矩重新排列时,未必完全平行排列,相邻原子磁体层间,很有可能成一定的角度,磁矩没有完全被抵消,使薄膜仍具有一定的磁矩。更多还原