FMR微磁学仿真及ε-Fe23N磁性薄膜FMR特性研究

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铁磁共振是磁性材料对电磁辐射的共振吸收现象,主要用于研究磁性材料的相关磁学特性,比如磁各向异性等,对自旋电子学等领域的发展有着重要意义。本文针对铁磁共振现象进行了研究,主要研究了FMR微磁学仿真及ε-Fe23N磁性薄膜FMR特性,取得了以下研究成果:应用微磁学仿真软件OOMMF对铁磁薄膜的FMR特性进行了仿真研究。通过研究影响FMR特性的因素,我们发现外加磁场大小影响共振频率,阻尼因子大小影响系统达到平衡的快慢。在此基础上,我们研究了单层和多层纳米薄片的FMR特性,主要包括矩形、口字形、日字形和田字形单层纳米薄片的FMR特性。通过改变矩形纳米薄片的宽度,我们发现磁矩分布在两端都呈现外张模式,这种外张模式会导致一个微弱的共振模式出现,且随宽度增加而衰弱。对于三层薄膜结构,我们发现了三个FMR共振峰,其频率均随着夹层厚度增大而降低,且频率变化幅度并不一致。应用磁控溅射技术,我们制备了多组不同Fe/N比例的ε-Fe23N磁性薄膜及Cu掺杂ε-Fe23N磁性薄膜,并着重研究了其FMR特性。我们通过控制N2流量,分别在Ga N和Al2O3上制备了不同Fe/N比例的ε-Fe23N磁性薄膜,我们发现,当N2流量较小时,Fe:N接近3,它表现出铁磁性,且随着外加磁场与薄膜表面的夹角θ增大,铁磁共振所需外加磁场大小增大,铁磁共振强度减弱;当N2流量较高时,Fe:N接近2时,它表现出顺磁性,因此观察不到铁磁共振现象。对于低温下制备的样品,我们发现其共振峰不止一个,除了具有和高温下制备样品相同的共振峰外,还存在另一个共振峰,该共振峰位置并不随θ增大而变化,我们认为这可能与样品中存在的α-Fe颗粒相有关。对于Cu掺杂Fe23N样品,当掺杂浓度较低时其铁磁共振谱与之前无掺杂类似;而当掺杂浓度较高时,会出现多个共振峰,也随θ变化的趋势有所不同。这些研究成果为进一步深入研究ε-Fe23N薄膜的磁学特性(尤其是磁各向异性等相关特性)以及把ε-Fe23N薄膜应用在磁电子学器件设计领域提供了实验依据。
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