利用FeRh反铁磁-铁磁转变性质制备FePt基热辅助复合磁记录介质

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随着人类进入信息化时代,数据每天都在以几何指数增长。对于数据的存储和安全是目前面临的首要挑战。当前数据存储的主流存储介质是硬盘,为提高硬盘的存储容量就需要提高其存储密度。随着硬盘存储密度的提高,为克服超顺磁极限,垂直磁记录技术成功的替代了水平磁记录技术。与垂直磁记录相关的各种理论及实验研究为垂直磁记录的发展起到了积极的作用,本文将介绍一种以FePt合金薄膜为基础的多层复合薄膜介质,其有望成为垂直磁记录技术中作为记录介质的最佳候选材料。众所周知,目前无论是单一或者合金介质中,具有很高的单轴磁晶各向异性能Ku的材料中,首选应该是L10-FePt合金和SmCo5(Ku(FePt)=7×107erg/cc,Ku(SmCo5)=2×108erg/cc)。SmCo5合金的颗粒大小为1.4nm时具有很好的热稳定性。但是含有稀土元素,它的化学性质即使在常规环境下亦不稳定,耐腐蚀性较差。相反,L10-FePt合金颗粒大小为2.6nm时不仅具有很好的热稳定性,而且也具有良好的化学稳定性。因此,L10-FePt被认为是未来超高密度磁记录介质材料中最佳的候选材料,特别是在热辅助磁记录技术领域的运用。L10-FePt合金颗粒在如此小的尺寸下具有如此之大的开关场,能很好的解决硬盘提高存储密度和热稳定性问题,但是却远远超过了数据写入磁头所能提供的写入场大小(15kOe-18kOe)。热辅助磁记录技术利用常规磁性材料的矫顽力随着温度升高到居里温度而降低这一特性,可以解决写入场问题。但是如此之高的温度,硬盘的散热和能源就是一个极大的问题。因此需要一种材料在利用热辅助技术的条件下,诱导降低L10-FePt合金的开关场。有序结构的B2-FeRh合金在100℃附近会发生反铁磁-铁磁的相变。将FeRh与FePt组成多层复合薄膜,在利用热辅助技术的前提下,二者之间产生交换弹性和交换偏置作用能诱导降低FePt开关场和对存储介质的磁矩产生钉轧作用而能更稳定保存数据。  本文以MgO(001)作为衬底,用磁控溅射法沉积了单层FePt和FeRh薄膜、双层FePt/FeRh和三层FePt/FeRh/FePt复合薄膜。分别研究它们的基本结构和磁性。工作主要分为以下四个方面:  1.研究了不同热处理温度对FePt单层薄膜结构、形貌和磁性的影响。结果表明,直接在400℃沉积不进行热处理的FePt薄膜沿[001]方向取向生长,呈软磁性,处于无序的A1相。薄膜连续性较好,无明显矫顽力。升高热处理温度,薄膜逐渐从A1相转变到L10相。热处理温度在450℃到600℃之间,A1相和L10相共存,两相间存在明显的软/硬磁交换耦合作用,覆盖率保持在100%。热处理温度为700℃时,A1相完全转变为L10相,薄膜分散成大小不一的岛状颗粒,并且覆盖率仅为25%。  2.研究了FeRh单层薄膜的结构和磁性。发现在450℃热处理24h后,FeRh薄膜已经有序化,改变热处理温度,反铁磁-铁磁转变转变温度没有明显变化。  3.研究了FePt/FeRh双层薄膜的反铁磁-铁磁相转变性质及不同温度的磁化曲线。结果发现,利用FePt有序化过程中伴随的Pt元素析出,可以将FePt/FeRh双层复合薄膜的反铁磁-铁磁相变温度由100℃提高到200℃,改善了介质的室温磁稳定性。室温矫顽力最大达到7.2kOe。在300℃以内,矫顽力可以下降一半以上。  4.尝试制备了L10-FePt/B2-FeRh/A1-FePt三层复合薄膜,用FeRh层在升温/降温过程中充当L10-FePt和A1-FePt两层间交换耦合作用的开/关。初步研究表明,三层复合薄膜的反铁磁-铁磁相变温度与双层薄膜的一致,与双层膜相比,三层膜在不同温度测量得到的矫顽力进一步降低。
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