王璨-答辯教材

物理與材料科學學院Cu、Cr摻雜Sm2Co17/Cu薄膜性能及磁交換偏置效應的研究

碩士畢業(yè)論文答辯答辯人：王璨導師：方慶清專業(yè)：材料學方向：磁性材料主要內容一、研究背景二、樣品制備及表征三、磁性層與非磁性元素調節(jié)對SmCo薄膜結構及性能的影響四、SmCo薄膜磁性交換偏置效應研究五、總結碩士畢業(yè)論文答辯一、研究背景SmCo稀土磁性材料相較與傳統(tǒng)的磁性材料的優(yōu)勢1、高磁晶各向異性2、高居里溫度3、良好的抗腐蝕性能稀土是中國最豐富的一種戰(zhàn)略資源，鑒于稀土在提升科技軍事方面的顯著作用，研究和開發(fā)好稀土資源顯得尤為重要。其中，稀土磁性材料是研究最為廣泛的一類材料。碩士畢業(yè)論文答辯一、研究背景SmCo5晶體結構（1）SmCo5的晶體結構屬于P6/mmm空間群，CaCu5型結構，其晶格常數a=0.4995nm，c=0.3978nm，密度為8.58×103kg/m3。1、SmCo晶體結構碩士畢業(yè)論文答辯一、研究背景（2）2:17型SmCo化合物在高溫下具有Th2Ni17型晶體結構，在低溫下轉變?yōu)門h2Zn17型晶體結構。Th2Ni17型結構屬于六方晶系，空間群為P63/mmm，點陣參數為：a=0.8373nm，c=0.8165nm。Th2Zn17型六角結構的點陣參數為：a=0.8402nm，c=l.2172nm。碩士畢業(yè)論文答辯Th2Zn17型晶體結構Th2Ni17型晶體結構一、研究背景2、SmCo薄膜的制備方法

脈沖激光沉積(PLD)法

磁控濺射法

分子束外延(MBE)法碩士畢業(yè)論文答辯一、研究背景高密度存儲微型電機航天行業(yè)國防行業(yè)

3、SmCo磁性材料的應用領域碩士畢業(yè)論文答辯二、樣品的制備及表征1、PLD制備SmCo薄膜的參數激光能量：190mJ/pulse靶基距離：50mm頻率：8Hz本底真空度：2×10-4Pa沉積溫度：400℃

靶基轉速：6r/min靶材：99.99％的Sm、Co、Cu、Cr、Fe靶

碩士畢業(yè)論文答辯二、樣品的制備及表征2、樣品的結構碩士畢業(yè)論文答辯3、樣品的表征手段二、樣品的制備及表征X射線衍射儀(XRD)掃描電子顯微鏡(SEM)振動樣品磁強計(VSM)磁光克爾測量系統(tǒng)(MOKE)綜合物性測量系統(tǒng)(PPMS)碩士畢業(yè)論文答辯三、磁性層與非磁性元素調節(jié)對SmCo薄膜結構和性能的影響

碩士畢業(yè)論文答辯三、磁性層與非磁性元素調節(jié)對SmCo薄膜結構和性能的影響

圖3-1Sm2Co17CuCr(Cr3.2nm)/Cu(100nm)/Cr(3nm)薄膜的XRD圖，A.Si(111)襯底B.Si(100)襯底碩士畢業(yè)論文答辯1.不同SmCo磁性層厚度三、磁性層與非磁性元素調節(jié)對SmCo薄膜結構和性能的影響

圖3-2[Sm2Co17CuCr(Cr6.4nm)]x/Cu(100nm)/Cr(3nm)薄膜的XRD圖，C.x=40nmD.x=60nm碩士畢業(yè)論文答辯三、磁性層與非磁性元素調節(jié)對SmCo薄膜結構和性能的影響

圖3-3[Sm2Co17CuCr(Cr3.2nm)]x/Cu(100nm)/Cr(3nm)薄膜的磁滯回線圖，A.x=40nmB.x=60nm碩士畢業(yè)論文答辯HcA=2140OeHcB=2524Oe三、磁性層與非磁性元素調節(jié)對SmCo薄膜結構和性能的影響

圖3-4[Sm2Co17CuCr(Cr6.4nm)]x/Cu(100nm)/Cr(3nm)薄膜的磁滯回線圖，C.x=40nmD.x=60nm碩士畢業(yè)論文答辯HcC=2310OeHcD=2534Oe三、磁性層與非磁性元素調節(jié)對SmCo薄膜結構和性能的影響圖3-1說明薄膜在Si（111）上生長比在Si（100）上好，圖3-2說明增加磁性層的厚度不利于Sm2Co17的結晶。從圖3-3,3-4中發(fā)現，磁性層厚度增加，結構變差，疇壁位移難，抵抗磁化作用大，矯頑力大。碩士畢業(yè)論文答辯三、磁性層與非磁性元素調節(jié)對SmCo薄膜結構和性能的影響

圖3-5Sm2(x)Co17CuCr/Cu(100nm)/Cr(3nm)薄膜的XRD圖，A.x=6s,B.x=8s,C.x=10s碩士畢業(yè)論文答辯2.不同Sm含量三、磁性層與非磁性元素調節(jié)對SmCo薄膜結構和性能的影響

圖3-6Sm2(x=6s)Co17CuCr/Cu(100nm)/Cr(3nm)薄膜的磁滯回線圖，x為Sm的沉積時間碩士畢業(yè)論文答辯Hc=2140OeMs=0.0015emu/cm2三、磁性層與非磁性元素調節(jié)對SmCo薄膜結構和性能的影響

圖3-7Sm2Co17Cu（Cu1.5nm）Cr(x)/Cu（100nm）/Cr（3nm）薄膜的XRD衍射圖，A.x=1.6nm,B.x=3.2nm碩士畢業(yè)論文答辯3.不同Cr含量三、磁性層與非磁性元素調節(jié)對SmCo薄膜結構和性能的影響

圖3-8Sm2Co17Cu（Cu1.5nm）Cr(x)/Cu（100nm）/Cr（3nm）薄膜的SEM圖，A.x=1.6nm,B.x=3.2nm碩士畢業(yè)論文答辯A（D≈25nm）B（D≈15-20nm）三、磁性層與非磁性元素調節(jié)對SmCo薄膜結構和性能的影響

圖3-9Sm2Co17Cu（Cu1.5nm）Cr(x)/Cu（100nm）/Cr（3nm）薄膜的磁滯回線圖，A.x=1.6nm,B.x=3.2nm碩士畢業(yè)論文答辯HcA=1920OeHcB=2140OeMsA=0.0017emu/cm2MsB=0.0015emu/cm2三、磁性層與非磁性元素調節(jié)對SmCo薄膜結構和性能的影響

從圖3-6中發(fā)現，Cr摻入少，不僅Sm2Co17（300）峰弱，而且出現了SmCo5(200)峰，影響Sm2Co17（300）的生長，不利于制備Sm2Co17薄膜。從圖3-7中發(fā)現，摻入3.2nmCr的Sm2Co17薄膜表面晶粒較平整且致密，有利于細化晶粒，提高結構。從圖3-7中發(fā)現，摻入3.2nmCr的Sm2Co17薄膜矯頑力大，摻入1.6nmCr的Sm2Co17薄膜飽和磁化強度大。碩士畢業(yè)論文答辯三、磁性層與非磁性元素調節(jié)對SmCo薄膜結構和性能的影響

圖3-10Sm2Co17Cu（Cu1.5nm）Cr（3.2nm）/Cu（100/150nm）/Cr（3nm）薄膜的XRD衍射圖，A.Cu=100nmB.Cu=150nm碩士畢業(yè)論文答辯4.不同種子層Cu厚度三、磁性層與非磁性元素調節(jié)對SmCo薄膜結構和性能的影響

圖3-11Sm2Co17Cu（Cu1.5nm）Cr（3.2nm）/Cu（100/150nm）/Cr（3nm）薄膜的磁滯回線圖，A.Cu=100nmB.Cu=150nm碩士畢業(yè)論文答辯MsA=0.0015emu/cm2MsB=0.0010emu/cm2四、Sm2Co17薄膜磁性交換偏置效應研究碩士畢業(yè)論文答辯四、Sm2Co17薄膜磁性交換偏置效應研究（1）不同Cr摻入量（2）不同SmCo磁性層厚度（3）不同Sm含量碩士畢業(yè)論文答辯1.磁性層與非磁性元素調節(jié)對交換偏置的影響四、Sm2Co17薄膜磁性交換偏置效應研究圖4-1Sm2Co17Cu（Cu1.5nm）Cr(x)/Cu（100nm）/Cr（3nm）薄膜的磁滯回線圖，A.x=1.6nm,B.x=3.2nm,C.x=6.4nm碩士畢業(yè)論文答辯(1).不同Cr含量四、Sm2Co17薄膜磁性交換偏置效應研究碩士畢業(yè)論文答辯HE=(Hc++Hc-)/2

四、Sm2Co17薄膜磁性交換偏置效應研究增加Cr的含量有利于增強SmCo薄膜的交換偏置作用，隨著Cr含量的增加，Cr在薄膜中形成釘扎，阻止了疇壁的移動，提高矯頑力，矯頑力增大導致交換偏置作用更強，偏置場變大。

碩士畢業(yè)論文答辯四、Sm2Co17薄膜磁性交換偏置效應研究碩士畢業(yè)論文答辯(2).不同SmCo磁性層厚度圖4-3[Sm2Co17CuCr(Cr3.2nm)]x/Cu(100nm)/Cr(3nm)薄膜的磁滯回線圖，A.x=40nmB.x=60nmHEA=210OeHEB=162Oe四、Sm2Co17薄膜磁性交換偏置效應研究碩士畢業(yè)論文答辯圖4-4[Sm2Co17CuCr(Cr6.4nm)]x/Cu(100nm)/Cr(3nm)薄膜的磁滯回線圖，C.x=40nmD.x=60nmHEC=655OeHED=163Oe四、Sm2Co17薄膜磁性交換偏置效應研究從圖4-3和4-4中可以看出SmCo磁性層厚度增加會影響交換偏置，驗證了HE∝1/tFM理論。碩士畢業(yè)論文答辯四、Sm2Co17薄膜磁性交換偏置效應研究碩士畢業(yè)論文答辯(3).不同Sm含量圖4-5Sm2(x)Co17CuCr/Cu(100nm)/Cr(3nm)薄膜的磁滯回線圖，x為Sm的沉積時間HE6s=216OeHE8s=82OeHE10s=26Oe四、Sm2Co17薄膜磁性交換偏置效應研究

隨著摻入Sm含量的增加，偏置場HE不但減小，而且降低的幅度很大，說明增加磁性元素Sm的含量會影響SmCo薄膜的交換偏置。Sm的增多使得Hc+變小，從而引起Hc++Hc-變小，導致HE減小。碩士畢業(yè)論文答辯四、Sm2Co17薄膜磁性交換偏置效應研究

碩士畢業(yè)論文答辯3.Sm2Co17薄膜磁性交換偏置與溫度變化關系圖4-6Sm2Co17Cu(Cu1.5nm)Cr(3.2nm)/Cu(100nm)/Cr(3nm)薄膜的ZFC-FC曲線。四、Sm2Co17薄膜磁性交換偏置效應研究碩士畢業(yè)論文答辯圖4-7Sm2Co17Cu(Cu1.5nm)Cr(3.2nm)/Cu(100nm)/Cr(3nm)薄膜10K低溫下的磁滯回線四、Sm2Co17薄膜磁性交換偏置效應研究

從圖4-6中可以看出，FC曲線整體呈現下降趨勢，從10K到80K陡峭下降，在80K之后開始平緩下降。而ZFC曲線在10K到80K范圍陡峭下降，在80K附近有極小值，從80K到260K開始上升，在260K附近出現極大值，然后下降。圖4-7可以清楚地看出，Hc分別為+450Oe和-583Oe，說明產生了負的磁性偏置，進一步證實了在低溫下的薄膜的相互作用是鐵磁性的。碩士畢業(yè)論文答辯五、總結碩士畢業(yè)論文答辯五、總結全文小結1.適量的磁性層厚度可以提高Sm2Co17薄膜的矯頑力。同時，在保持Co含量不變，適量Sm含量有利于Sm2Co