王璨-答辯教材

物理與材料科學(xué)學(xué)院Cu、Cr摻雜Sm2Co17/Cu薄膜性能及磁交換偏置效應(yīng)的研究

碩士畢業(yè)論文答辯答辯人：王璨導(dǎo)師：方慶清專業(yè)：材料學(xué)方向：磁性材料主要內(nèi)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(diào)節(jié)對(duì)SmCo薄膜結(jié)構(gòu)及性能的影響四、SmCo薄膜磁性交換偏置效應(yīng)研究五、總結(jié)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(shì)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(guó)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(jié)構(gòu)（1）SmCo5的晶體結(jié)構(gòu)屬于P6/mmm空間群，CaCu5型結(jié)構(gòu)，其晶格常數(shù)a=0.4995nm，c=0.3978nm，密度為8.58×103kg/m3。1、SmCo晶體結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，在低溫下轉(zhuǎn)變?yōu)門h2Zn17型晶體結(jié)構(gòu)。Th2Ni17型結(jié)構(gòu)屬于六方晶系，空間群為P63/mmm，點(diǎn)陣參數(shù)為：a=0.8373nm，c=0.8165nm。Th2Zn17型六角結(jié)構(gòu)的點(diǎn)陣參數(shù)為：a=0.8402nm，c=l.2172nm。碩士畢業(yè)論文答辯Th2Zn17型晶體結(jié)構(gòu)Th2Ni17型晶體結(jié)構(gòu)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(chǔ)微型電機(jī)航天行業(yè)國(guó)防行業(yè)

3、SmCo磁性材料的應(yīng)用領(lǐng)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(shù)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)(VSM)磁光克爾測(cè)量系統(tǒng)(MOKE)綜合物性測(cè)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(diào)節(jié)對(duì)SmCo薄膜結(jié)構(gòu)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(diào)節(jié)對(duì)SmCo薄膜結(jié)構(gòu)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(diào)節(jié)對(duì)SmCo薄膜結(jié)構(gòu)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(diào)節(jié)對(duì)SmCo薄膜結(jié)構(gòu)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(diào)節(jié)對(duì)SmCo薄膜結(jié)構(gòu)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(diào)節(jié)對(duì)SmCo薄膜結(jié)構(gòu)和性能的影響圖3-1說明薄膜在Si（111）上生長(zhǎng)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(jié)晶。從圖3-3,3-4中發(fā)現(xiàn)，磁性層厚度增加，結(jié)構(gòu)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(diào)節(jié)對(duì)SmCo薄膜結(jié)構(gòu)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(diào)節(jié)對(duì)SmCo薄膜結(jié)構(gòu)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(shí)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(diào)節(jié)對(duì)SmCo薄膜結(jié)構(gòu)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(diào)節(jié)對(duì)SmCo薄膜結(jié)構(gòu)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(diào)節(jié)對(duì)SmCo薄膜結(jié)構(gòu)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(diào)節(jié)對(duì)SmCo薄膜結(jié)構(gòu)和性能的影響

從圖3-6中發(fā)現(xiàn)，Cr摻入少，不僅Sm2Co17（300）峰弱，而且出現(xiàn)了SmCo5(200)峰，影響Sm2Co17（300）的生長(zhǎng)，不利于制備Sm2Co17薄膜。從圖3-7中發(fā)現(xiàn)，摻入3.2nmCr的Sm2Co17薄膜表面晶粒較平整且致密，有利于細(xì)化晶粒，提高結(jié)構(gòu)。從圖3-7中發(fā)現(xiàn)，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(qiáng)度大。碩士畢業(yè)論文答辯三、磁性層與非磁性元素調(diào)節(jié)對(duì)SmCo薄膜結(jié)構(gòu)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(diào)節(jié)對(duì)SmCo薄膜結(jié)構(gòu)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(yīng)研究碩士畢業(yè)論文答辯四、Sm2Co17薄膜磁性交換偏置效應(yīng)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(diào)節(jié)對(duì)交換偏置的影響四、Sm2Co17薄膜磁性交換偏置效應(yīng)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(yīng)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(yīng)研究增加Cr的含量有利于增強(qiáng)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(dòng)，提高矯頑力，矯頑力增大導(dǎo)致交換偏置作用更強(qiáng)，偏置場(chǎng)變大。

碩士畢業(yè)論文答辯四、Sm2Co17薄膜磁性交換偏置效應(yīng)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(yīng)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(yīng)研究從圖4-3和4-4中可以看出SmCo磁性層厚度增加會(huì)影響交換偏置，驗(yàn)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(yīng)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(shí)間HE6s=216OeHE8s=82OeHE10s=26Oe四、Sm2Co17薄膜磁性交換偏置效應(yīng)研究

隨著摻入Sm含量的增加，偏置場(chǎng)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(huì)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(dǎo)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(yīng)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(guān)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(yīng)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(yīng)研究

從圖4-6中可以看出，F(xiàn)C曲線整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，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(xiàn)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(chǎn)生了負(fù)的磁性偏置，進(jìn)一步證實(shí)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(jié)碩士畢業(yè)論文答辯五、總結(jié)全文小結(jié)1.適量的磁性層厚度可以提高Sm2Co17薄膜的矯頑力。同時(shí)，在保持Co含量不變，適量Sm含量有利于Sm2Co