PtCoNi合金薄膜的结构、磁性和磁光特性研究

来源 :中国科学院上海冶金研究所 | 被引量 : 1次 | 上传用户:ssddhwl
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信息社会的飞速发展迫切需要高密度记录材料的出现。尽管Co1-xPtx合金薄膜由于具有容易制备、化学性能稳定、较高的各向异性(Ku=0.4~2MJ/m3)和短波长下有更大的磁光信号等特点而一度引起了材料和物理学界的关注,但是其较高的居里温度严重限制了这类材料的应用。为了探索一种既具有较低的居里温度,又具有较高的磁和磁光特性的材料,我们采用工艺上比较便捷的复合靶磁共溅射方法,在 Pt3Co合金薄膜中添加 Ni,通过工艺条件的调节,首次成功制备出性能优良的PtCoNi合金薄膜材料。 Ni的添加采取两种方法.1),通过在Pt3Co合金靶上加贴小块Ni片,来调节Ni的成分,以期获得低Tc、高垂直各向异性和蓝波下高克尔转角的(Pt3Co)1-xNix合金膜,结果发现,Ni的适度引入(x=0 43)不仅能降低居里温度(Tc=242℃),而且能获得较高的垂直各向异性(Ku为0 5MJ/m3、矫顽力为280 KA/m,剩磁比为1)和蓝波(302nm)下高克尔转角(0 48°),2),通过在 Pt靶上加贴小块 Co和 Ni片,来调节Co、Ni的成分,以期获得低Tc、高垂直各向异性和蓝波下高克尔转角的Pt3(Co1-xNix)合金膜。结果发现Ni的引入明显降低了居里温度,但对垂直各向异性和蓝波下高克尔转角有一定程度的影响。选择较适度Ni的添加(x=0 4),相应的居里温度为200℃。 由于第一种方法制备的(Pt3CO)1-xNix(x=0 43)合金膜的最低居里温度仍然比较高,为242℃,而且这一居里温度也几乎无法通过工艺条件的调节进一步降低。而第二种方法制备的Pt3(Co1-xNix)合金膜居里温度的可调性较大,因此我们选择适度Ni添加的Pt3(Co1-xNix)(x=0 4)合金薄膜来进行工艺条件的调节。通过对不同Ar气压、薄膜厚度、衬底温度等工艺条件和样品的结构、磁性和磁光特性的关系的研究发现:较高的Ar气压有利于形成大垂直磁各向异性和磁光性能,15~20Pa为最佳溅射Ar气压:样品过薄或过厚都不利于形成大垂直磁各向异性和磁光性能,最佳薄膜厚度应该小于等于60nm;240~280℃的衬底温度范围内样品的垂直磁各向异性最大,短波下Kerr转角也最大。 !一 在上述最佳条件下获得Pt;*O;plJX司 4)的最佳磁和磁光性能如下:矫顽力 305KA/m.垂直磁各向异性常数为 0 4MJ/m’,剩磁比为 l,居里温度为 200’C;短波下的最大 Kerr转角为 0 45’。这表明,通过M的适度引入可以获得低居里温度、大垂直磁各向异性和蓝波下较高的 Kerr转角的 Pt。Ko;.川 *—0 4)材料。这一材料很可能成为替代现己实用的TbFeCo合金薄膜的新磁光材料。 磁性薄膜的垂直磁各向异性的起源问题也是学术上讨论的热点之一。这里基于PtC。NI合金薄膜进行了探讨。 研究了不同 AI气压下制备的氏④O;.pIJk—0 4)合金薄膜 X射线衍射图和K>rr回线,结果发现,随着Ar气压的增加,<门1>织构不断降低,而垂直磁各向异性却不断增加。因此,有理由认为,在现研究系统中。<111>织构并不是垂直磁各向异性形成的主要原因。 如果单轴各向异性的机制是由于应力感生,应力与热处理温度(或制备时衬底温度)和室温的差应该成正比。随着衬底温度的增加,由应力感生的磁各向异性应该增加。而我们的实验表明,在常温下,薄膜的垂直磁各向异性较小(饱和Kerr转角比较小,Kerr剩磁比小于 1),只有在基片温度达到一定理想值后,即240-280’C,合金膜才能具有较大的垂直磁各向异性。过高的基片温度(高于325’C)也会导致垂直磁各向异性的下降,即薄膜的易磁化轴可能己部分位于膜面内。因此应力并不是产生PtC。NI合金薄膜的垂直磁各向异性的主要原因。 基于PtCONI合金薄膜上获得的实验数据,通过对Pt下O,PtCO和PtCO。合金薄膜中垂直磁各向异性的解释的比较分析,认为无序PtCoNI合金薄膜中的垂直磁各向异性与样品中的局域有序相形成有关。这些局域有序相以富C。、富*和富C。NI区为特征。 最后,我们基于Pt厂O合金薄膜提出了一种磁光多层膜的优化设计新方法。新方法不仅同时计及了热学、光学的特性,而且也考虑了实际应用中的道跟踪所需反射率的大小p0~30%X 结果发现新方法比传统方法更合理,在算法上也更便捷。
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