軟磁非晶薄帶磁滯回線偏移行為研究.pdf

1、眾所周知，鐵磁/反鐵磁(FM/AFM)體系在外磁場(chǎng)中從高于反鐵磁奈爾溫度冷卻至低溫后，它的磁滯回線將沿磁場(chǎng)方向偏離原點(diǎn)，其偏離量被稱為交換偏置場(chǎng)，這一行為被稱為交換偏置行為。近年來，許多學(xué)者已經(jīng)就這種交換偏置行為進(jìn)行表征，深入研究了這種現(xiàn)象產(chǎn)生的影響因素和基本機(jī)理，并提出了很多理論模型。在實(shí)際微電子工業(yè)應(yīng)用中，交換偏置型FM/AFM多層膜在自旋閥和磁隧道結(jié)等器件中得到廣泛應(yīng)用，借助交換偏置行為可提高磁記錄磁頭的靈敏度，使得磁記錄材料的存

2、儲(chǔ)密度得到飛速發(fā)展。
　　 磁滯回線偏移現(xiàn)象并非FM/AFM體系所獨(dú)有的特性。事實(shí)上，當(dāng)軟磁非晶薄帶經(jīng)適宜的熱處理后，也可觀測(cè)到類似現(xiàn)象。與FM/AFM體系相比，軟磁非晶薄帶是塊體材料，所以關(guān)于FM/AFM體系交換偏置行為的理論機(jī)制不能直接用來解釋非晶帶材的此類行為。已有部分學(xué)者關(guān)注并報(bào)道了軟磁非晶薄帶的這種非對(duì)稱磁滯回線現(xiàn)象，但是研究還僅僅停留在現(xiàn)象的表征上，對(duì)這種現(xiàn)象基本機(jī)制的認(rèn)識(shí)還很模糊。因此深入研究非晶薄帶回線偏移行為的

3、特征和基本機(jī)理是很有必要的。本文通過觀測(cè)鈷基、鐵基非晶薄帶的非對(duì)稱磁滯回線現(xiàn)象，摸清了產(chǎn)生該現(xiàn)象的基本條件，在深入研究了與此現(xiàn)象密切相關(guān)的各向異性、局域磁矩和磁疇的變化的基礎(chǔ)上；進(jìn)一步闡明了這種非晶薄帶的回線偏移行為的基本機(jī)制；最后還嘗試研究了一種有效調(diào)控偏移場(chǎng)的技術(shù)方法。獲得的主要成果如下：
　　 (1)鈷基和鐵基軟磁非晶薄帶經(jīng)適宜的熱磁退火處理后，其對(duì)稱磁滯回線會(huì)偏移過零點(diǎn)變成非對(duì)稱，這種非對(duì)稱磁滯回線在室溫下就可得到。實(shí)驗(yàn)

4、發(fā)現(xiàn)，經(jīng)特定熱磁退火，軟磁非晶薄帶將產(chǎn)生兩方面的變化：一方面從結(jié)構(gòu)上講，非晶基體中生長(zhǎng)出了適量的、磁性較硬的結(jié)晶相；另一方面從磁矩上講，退火期間外加磁場(chǎng)將影響結(jié)晶相的磁矩使之有一定的取向，從而形成局域釘扎場(chǎng)。
　　 (2)進(jìn)一步結(jié)構(gòu)表征結(jié)果顯示，退火后在Co58Fe5Ni10Si11B16非晶基體中主要生成了f.c.c.Co和CoSi結(jié)晶相； Co70Fe5Ni10Si11B10中的結(jié)晶相為h.c.p.Co、f.c.c.CoO和

5、CoSi；而Fe65Co15Si5Bi5中的結(jié)晶相主要是FeB、Fe2B、Fe3.5B和Fe3B等鐵硼化合物。
　　 (3)由于制備因?yàn)槎嬖诘膽?yīng)力各向異性對(duì)淬態(tài)非晶薄帶的磁性能影響顯著，其磁性能較差。熱磁退火在使應(yīng)力各向異性大大降低的同時(shí)；薄帶的磁場(chǎng)感生各向異性會(huì)顯著增強(qiáng)，這些變化會(huì)影響薄帶內(nèi)部和表面局域磁矩的取向。磁疇觀測(cè)證實(shí)了各向異性的消長(zhǎng)變化。單純應(yīng)力各向異性的淬態(tài)樣品在垂直表面的方向觀測(cè)不到磁信號(hào)；而經(jīng)退火處理后，應(yīng)力

6、各向異性降低殆盡而磁場(chǎng)感生各向異性占據(jù)主導(dǎo)，在樣品表面法線方向可以觀測(cè)到明顯的磁疇圖案。
　　 (4)磁轉(zhuǎn)矩測(cè)量結(jié)果表明，無偏移現(xiàn)象的非晶薄帶的磁矩在360°范圍內(nèi)具有兩個(gè)相等的極小值，這是一種典型的單軸各向異性。而具有回線偏移行為的非晶薄帶的轉(zhuǎn)矩曲線會(huì)偏轉(zhuǎn)一個(gè)傾角，在掃描一個(gè)周期內(nèi)有兩個(gè)不相等的極小值。這說明回線偏移型非晶薄帶的各向異性不僅僅是單軸的，同時(shí)也具有明顯的單向特征。
　　 (5)對(duì)具有回線偏移行為的Co58

7、Fe5Ni10Si11B16非晶薄帶進(jìn)行了交流縱磁鍛煉。研究表明，這種磁鍛煉手段可有效的調(diào)制非晶薄帶的偏移場(chǎng)和偏移率大小。交流縱磁鍛煉磁場(chǎng)存在一個(gè)明顯的觸發(fā)值，這個(gè)觸發(fā)值大約為6.8-8 kA/m;大于該觸發(fā)值時(shí)，偏移場(chǎng)顯著降低，而矯頑場(chǎng)隨之顯著增加。進(jìn)一步的磁疇分析表明交流縱磁鍛煉能夠削弱垂直于樣品表面的磁信號(hào)，使材料中的單向各向異性降低。這種磁鍛煉方法提供了一條有效調(diào)制非晶薄帶回線偏移行為的途徑，為潛在的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
　　

8、 (6)非晶薄帶這種回線偏移行為與傳統(tǒng)的FM/AFM體系的行為相比有明顯的不同之處。首先，回線偏移型軟磁非晶薄帶沒有FM/AFM體系那樣的明晰耦合界面；其次，非晶薄帶的偏移場(chǎng)是A/m量級(jí)的，而FM/AFM體系的偏移場(chǎng)則高達(dá)105A/m量級(jí)；再者，非晶薄帶的回線偏移特性在室溫下就可以獲得，而FM/AFM體系需要降溫冷卻到反鐵磁奈爾點(diǎn)以下才能看到。
　　 (7)偏置型軟磁非晶薄帶具有的磁特征及其可調(diào)控性使其在單端變壓器、商品識(shí)別標(biāo)