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自从1988年有人在Fe/Cr纳米量级的多层膜中发现巨磁电阻效应以来,纳米磁性薄膜引起了人们强烈的研究兴趣。
隐身纳米材料是指以磁性金属纳米材料为主体构成的复合型薄层雷达吸波材料。这是一类具有很大发展潜力的新一代隐身材料。本课题就是在磁性纳米材料特异物性的基础上系统研究纳米材料的微波物性基本理论,掌握隐身纳米材料的组成、微结构对微波电磁谱影响的基本规律以及微波电磁参量的调控理论,深入了解高磁损耗及展宽磁损耗频带的机制。
一、Fe<,1-x>B<,x>磁性纳米膜微波磁损耗和铁磁共振研究
我们用直流磁控溅射法制备了一系列的Fe<,1-x>B<,x>纳米膜,对所制备的纳米膜使用振动样品磁强计测量其静磁性能,并利用铁磁共振对其进行研究。并利用谐振腔,使用微扰方法进行数据处理,来获得其在2GHZ时的磁损耗。通过实验研究分析,得出以下结论:(1)适当增大薄膜的各向异性场或饱和磁化强度(可同时增加或单独增加),对于提高磁损耗和展宽共振峰频带有益。适当增大阻尼系数对于展宽共振峰频带也有益。所以制备具有高饱和磁化强度、高各向异性场和大阻尼系数特性的薄膜可以作为提高低频段磁损耗的基本手段。(2)在溅射功率增加的情况下,由于基板温度的升高,造成在纳米膜内部纳米晶相α-Fe出现,形成不均匀相结构。不均匀相结构一方面造成铁磁共振第二峰的出现,另一方面提高了纳米膜的饱和磁化强度,从而造成低场损耗的增加。在2GHz低频测试结果中,可以看到磁损耗μ"随α-Fe相的出现而增大。
二、磁性金属纳米膜的基本物性和微观损耗研究
我们采用在Fe—Co合金靶和Fe-Ni合金靶上放置FeB片组成的复合靶来制备了一系列的Fe-Co—B和Fe-Ni—B磁性纳米膜。我们可以发现薄膜的组分、微结构、制备工艺条件、后续处理等可以显著地调控纳米膜的基本磁性和相应的微波电磁物性。通过用谐振腔2GHZ点频测试其磁损耗,发现Fe—Co-B纳米膜的磁损耗随功率的增加而降低,随膜厚的增加而增加,随Ar气压的改变磁损耗先下降后上升,在0.4Pa时出现峰谷。而Fe-Ni-B磁性纳米膜的磁损耗随着厚度变化起伏比较明显,且和其饱和磁化强度4πMs有明显的对应关系。通过改变溅射功率等,在2GHZ附近磁导率出现有正值也有负值,表明该类薄膜的自然共振频率在2GHZ附近且可调控。