软磁/硬磁交换耦合梯度型纳米点阵列与反点阵列的可控制备与研究

In this proposal, we use magnetron sputtering with in-situ substrate heating to deposite L10-FePt with high magnetic anisotropy value (Ku) and Fe with low Ku on the Anodic Aluminum Oxide (AAO) Templates/Sillicon substrates. By controling the substrate temperature, we can fabricate the L10-FePt(hard)/Fe(soft) exchange coupled graded nanodot arrays and nano-antidot arrays with the high thermal stability, high signal-to-nosie ratio and low writing field. We investigate the influence of the size and seperation of pillars on the coercivity, the dipole-dipole interaction between pillars and the switching field distribution in the arrays. We also study the dependence of the pore size and the inter-pore distance on the pinning field, domain wall size and magnetic anistropy in the antidot arrays. We also carry out the micromagnetic simulation to further explore the mechanism of magnetization reversal and signal-to-noise enhancement. These results will provid an important experimental guide for realizing the application of the above patterned nanodot arrays and nano-antidot arrays in ultrahigh density beyond 1Tbit/in.2 magnetic recording media.

本项目选用具有高各向异性常数(Ku)的L10-FePt为硬磁层，选用与之结构相匹配且Ku值低的Fe为软磁层，以孔径、孔间距和厚度可调控的AAO模板/Si为图形化基片，采用在线基片加温的磁控溅射方法制备出L10-FePt(硬磁)/Fe(软磁)交换耦合梯度的纳米点阵列与反点阵列,并使其具有高的热稳定性、高的信噪比和低的写入场。研究点阵列中的点阵尺寸和间距对其矫顽力、点阵间的磁相互作用以及开关场分布等的影响；研究反点阵列中的孔径和孔间距对其钉扎场、磁畴尺寸和磁各向异性的调制作用；并结合微磁模拟揭示其磁化反转机制和信噪比增强机制。这些研究成果将对实现1Tbit/in.2以上超高密度图形化垂直磁存储提供重要的实验指导。

本项目旨在通过软磁/硬磁交换耦合梯度型点阵和反点阵列图形化介质的制备，以期利用交换耦合梯度和图形化介质的双重优势，使磁记录材料具有高的热稳定性、高的信噪比和低的写入场。因此本项目紧紧围绕图形化介质基片阳极氧化铝(AAO)模板的制备、纳米正点阵列和反点阵列的制备以及软硬磁交换耦合体系磁化反转的研究等方面开展工作。通过草酸和柠檬酸混合的方式可以制备出孔间距在100-750 nm连续可调的AAO模板，对小孔径AAO可通过加入适量酒精来提高其氧化速率，研究了相关机理，并实现了厚度为100-200 nm超薄AAO模板在所需基片上的顺利转移。在此基础上我们制备了FePt和CoPt复合纳米点阵列，并扩展制备了阵列结构，包括Fe、Co、Ni的磁性纳米线、纳米管和纳米链阵列，研究发现各种正点阵列的磁学性能与纳米结构密切相关。同时还制备了FePt和CoPt纳米反点阵列，其矫顽力比相应薄膜矫顽力明显增加，且具有强的垂直各向异性。通过利用低电压制得的模板制备了FePt纳米迷津结构，这一特殊结构不仅可以有效降低晶粒间交换耦合作用，还能使其磁化反转过程倾向于自旋反转模型。制备出对称结构的[FePt:C]/Fe/[C:FePt]交换耦合梯度薄膜，非磁性物质C可调节各向异性常数的连续梯度变化，还可细化晶粒，降低晶粒间交换作用，模拟研究发现Fe层在磁化反转过程中可以同时辅助两个梯度层发生反转，在保持热稳定性基础上，大幅降低矫顽力。理论研究了铁磁/反铁磁体系的磁化反转性能，反铁磁的钉扎作用可降低体系的矫顽力。这些工作的完成对软磁/硬磁交换耦合薄膜以及图形化介质在超高密度磁存储领域的进一步应用等方面都提供了很好的实验指导。