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熔体快淬Cu-Co系合金薄带的巨磁电阻效应与磁性多层膜中电流方向垂直于膜面的情况(CPP)相似,GMR效应主要来源于体系中磁性相和磁性相与非磁性基体间的相界面与导电电子自旋相关的散射。合金中磁性相的尺寸、分布、相界面粗糙度、晶体缺陷以及杂质等组织结构参数都会影响GMR效应。其中以磁性相的尺寸和间距对合金薄带的GMR效应影响最大。改变时效工艺可以控制合金的微观结构,从而改善巨磁电阻效应。还有的研究者发现,一定量的Ni的合金化可以显著地提高Cu-Co合金的GMR效应。
我们注意到,自从发现铜钴合金有磁电阻效应以来,国内外的一些学者对铜钴系合金进行了大量的研究。有关工作主要集中在对Cu-Co系合金的研究,包括样品在常温和低温情况下的电阻随磁场的变化;样品的磁学性能的研究;样品表面形貌的透射电镜研究;以及利用透射电镜的EDS附件对样品组分的研究。但是没有发现关于室温以上电阻率和磁电阻的温度关系研究;没有发现系统的不同钴含量对Cu/Co/Ni三元合金磁电阻影响的研究;对样品处理的最佳退火温度和时间也没有达成共识。本论文就这些问题进行探讨:
(1)我们制备了快淬薄带 (x=0,7,13,15,19,25,31)系列样品。研究钴含量的变化对GMR效应的影响。该系列样品的x射线衍射谱具有单相面心立方结构晶体特征峰,其晶格常数比Ni大,略小于Cu;样品表面存在着粒径约为10~20 nm的小颗粒,颗粒附近区域Co含量明显高于无颗粒区域,从而说明样品形成了Cu-Co-Ni合金,但Co元素在样品中的分布不够均匀,颗粒区域Co含量较高,背景区域Co含量较低。
样品的电阻率随温度的升高呈近似线性增加。电阻率随钴含量的增加逐渐增大,当钴含量x≤5%时;但在钴含量x=31%时,电阻率的值又略有下降。样品的磁电阻基本都是随着温度的升高而增大,呈近似线性增加。磁电阻在钴的含量为x=13%时达到最大,在300K时磁电阻达到2.12%,在375K时磁电阻达到6.13%。
(2)对快淬薄带Cu80Co15Nis+Nd进行300 -700 隔绝空气恒温一小时热处理。研究了高温热处理条件对样品磁电阻的影响。
当热处理温度为400 时,样品的比饱和磁化强度比未经热处理的样品和经其它温度处理的样品明显增大;其它样品的比饱和磁化强度都比较接近。
热处理温度为300 和400 时,样品电阻率约为未处理时的4~5倍,电阻率随温度的变化率也有所增大;热处理温度为500 和600 时,样品电阻率约为未处理时的7倍,电阻率随温度的变化率进一步增大。
热处理对室温附近的磁电阻影响不大,但对于磁电阻随测试温度变化的趋势却有显著影响。热处理温度在400 ~600 时,合金的磁电阻值都随测量环境温度的升高而增大;热处理温度在400。C的样品,在367K肘测得其磁电阻达8.7%;热处理温度在600。C的样品,当测量温度在292K至367K测量时,其磁电阻仅从1.58%增加到1.62%,变化率很小。
(3)不同的稀土掺杂对Cu80Co15Nis合金磁电阻性能的影响。
加入稀土以后,不同样品的晶格常数略有变化,但变化不大,可能跟稀土掺杂的量有关系。
适量的稀土掺杂可降低样品的饱和场,有利于扩大样品的应用范围。
添加不同的稀土,对Cu/Co/Ni合金的磁电阻效应的影响是不同的:稀土Nd能够提高样品的常温磁电阻,稀土La、Ce可以提高样品在高温时的磁电阻。