磁性材料的鐵磁共振線寬研究.pdf

1、磁性薄膜的磁化動力學特性是當今新興學科——自旋電子學的重要研究方向之一。磁化動力學阻尼由于直接關系到自旋電子器件和磁性存儲器件的讀寫速度，吸引著很多科研工作者的興趣。鐵磁共振由于高的靈敏度和裝置簡單成熟的優(yōu)點，被廣泛的應用于磁特性和磁性弛豫的研究。其吸收譜能夠間接的反映磁化動力學阻尼等信息。本文利用鐵磁共振手段對磁性弛豫機制中的雙磁子散射和鐵磁/非磁多層膜結構的自旋泵浦進行了系統(tǒng)的研究，獲得主要結果如下:
　　一 Fe1-xGdx

2、磁性薄膜的雙磁子散射線寬研究
　　本文利用高真空磁控濺射儀制備了不同稀土Gd摻雜的Fe薄膜，Gd摻雜濃度從0％增加到26％，薄膜的結構為Si/Ta(5 nm)/Fe1-xGdx(30 nm)/Ta(5 nm)。研究發(fā)現(xiàn)，隨Gd含量的增加，薄膜從多晶轉變非晶的轉變。飽和磁化強度和矯頑力隨Gd的增加不斷減小。通過鐵磁共振對Fe1-xGdx系列薄膜的面外線寬進行測量，發(fā)現(xiàn)Fe1-xGdx系列薄膜中存在較大的雙磁子散射，這種雙磁子散射導致

3、線寬的顯著增寬。利用Landau-Lifshitz-Gilbert(LLG)方程和薄膜自由能公式對共振場和共振線寬進行擬合，結合Arias和Mills提出的雙磁子散射理論，成功的分離出雙磁子散射對于線寬加寬的貢獻，得到了Fe1-xGdx系列薄膜本征Gilbert阻尼因子α等重要磁性參數(shù)。發(fā)現(xiàn)阻尼因子α隨著Gd參雜含量的增加從0.0065逐漸增大到0.054。說明稀土Gd摻雜對調(diào)制Fe薄膜的磁性阻尼有非常重要的作用。
　　二 FeN

4、i/Tb和FeNi/Cu-Tb薄膜的自旋泵浦研究
　　用高真空磁控濺射儀制備了不同系列的FeNi/Tb和FeNi/Cu-Tb薄膜，對Si/Tb(5 nm)/FeNi(10 nm)/Tb(d1 nm)薄膜的基本磁性研究表明:隨著Tb覆蓋層厚度的增加飽和磁化強度減小，而矯頑力和單軸各向異性有所增強。鐵磁共振研究表明:FeNi/Tb結構具有很強的自旋泵浦效應，導致阻尼顯著增加。通過將緩沖層Tb置換成Ta，制備系列Si/Ta(5 nm)/

5、FeNi(10 nm)/Tb(d2 nm)薄膜，對比研究發(fā)現(xiàn)，自旋泵浦效應有所減弱，主要是由于FeNi/Ta自旋泵浦效應較弱所致。通過改變磁性層FeNi的厚度，制備薄膜結構為Si/Ta(5 nm)/FeNi(d3 nm)/Tb(4 nm)，發(fā)現(xiàn)阻尼與鐵磁層FeNi厚度成反比，與自旋泵浦理論一致。得到的自旋擴散長度λSD≈8 nm，Tb(5 nm)/FeNi(10 nm)/Tb(d1 nm),Ta(5 nm)/FeNi(10 nm)/Tb

6、(d2 nm)和Ta(5 nm)/FeNi(d3 nm)/Tb(4 nm)的自旋混合電導分別為:5.7×1016，4.6×1016和2.6×1016cm-2。
　　受到鐵磁材料中稀土摻雜可以提高自旋軌道耦合啟發(fā)，在弱自旋泵浦材料Cu中摻雜Tb，調(diào)制非磁層Cu-Tb的自旋軌道耦合與界面混合電導，從而達到調(diào)制自旋泵浦的目的。利用高真空磁控濺射儀制備了三個系列樣品，分別改變覆蓋層的厚度和Tb的摻雜濃度，薄膜結構為:Si/Ta(5 nm)

7、/FeNi(10 nm)/Cu1-xTbx(dnm)d=0，1，2，4，8，16和32 nm，Tb的濃度分別為x=22％，48％和66％;實驗結果很好的證實了我們的想法，飽和阻尼從22％的0.0177增加到66％的0.0677。Cu-Tb薄膜的自旋擴散長度隨著Tb的增加而減小，從22％ Tb的18 nm減小到66％ Tb的8 nm，而自旋混合電導變大，從4×1015cm-2增加到26×1015cm-2。說明不同Tb摻雜的Cu-Tb薄膜確