垂直磁各向异性(Co/Pd)n纳米单元阵列磁弛豫特性研究

High memory density and high rate of reading and writing are now an extremely active area of research interest. In the project, how to improve the writing speed of the ultrahigh density magnetic recording is proposed as the main problem. We will investigate the magnetic relaxation of multilayered Co/Pd nanostructured array with perpendicular anisotropy. The multilayered Co/Pd nanostructures with various Co/Pd repeats and patternes will be fabricated using magnetron sputtering and electron beam lithography. The magneto-optical Kerr loops, the frequencies and peak-to-peak linewidths of ferromagnetic resonance with various repeats of Co/Pd and patternes could be investigated using focused MOKE system, magnetic spectrometer and electron spin-resonance system, respectively, and the magnetic domain wall structures could be measured by magnetic force microscope. Combining the experimental results with theoretical calculations, we could systematically study the regularity of the magnetization and reverse magnetization processes (static state) and high frequency magnetic responses (dynamic state) with the variations of Co/Pd repeats and patterned structures. Based on the comparison between the static and dynamic states, further research works are focused on realizing the magnetic relaxation of the nanostructures modulated by the perpendicular anisotropy and magnetostatic interaction. It could provide a new approach to investigate the proper parameters for high-frequency switching of magnetic recording and thus the experimental and theoretical basis for high-speed writing for the bit-patterned media.

高密度和高读写速率是目前信息存储技术的研究热点。本项目围绕超高密度磁存储中高速写入这一核心问题，以垂直磁各向异性Co/Pd结构的纳米单元为信息载体，以调节Co/Pd周期结构和纳米单元阵列构型为手段，以调控磁性材料的进动频率和阻尼因子为关键，系统研究磁纳米单元阵列的磁弛豫特性。拟用溅射和电子束刻蚀技术制备不同周期结构和阵列构型的Co/Pd纳米单元阵列，采用纳米磁光克尔、磁谱和电子自旋共振系统，结合磁力显微镜，系统研究磁滞回线、共振频率和线宽，及磁畴状态随其周期结构和阵列构型的变化关系。结合以上数据和理论模拟,分析Co/Pd纳米单元阵列磁化 、反磁化过程（静态）和高频磁响应（动态）随周期结构和阵列构型的变化规律,对比静、动态磁特性，深入研究垂直各向异性能和静磁相互作用改变时对纳米单元阵列的磁弛豫过程的调制作用，获得纳米单元阵列磁写入的最优参数，为超高密度磁存储的高速写入提供实验和理论依据。

随着垂直磁各向异性纳米单元阵列记录介质存储密度的增加，对介质读写速度的要求也相应提高。因此如何提高具有垂直各向异性的磁性纳米结构这种新型记录介质的写入速度成为目前磁存储工业急需解决的问题之一。对于磁性介质来说其写入速度与磁弛豫过程密切相关。决定磁弛豫过程快慢的两个主要特性，即进动频率和吉尔伯特阻尼因子。因此，在具有垂直各向异性的磁性纳米结构记录介质中获得大的进动频率和阻尼因子是实现磁记录介质高速存储的关键。近年来，多层(Co/Pd)n (其中n为重复次数)结构的磁性材料作为具有高潜力的垂直磁记录介质材料而受到关注，因此以Co/Pd多层结构作为研究体系对于深入认识调控吉尔伯特因子的机制是非常有意义的。. 本项目进行了两方面的研究。对于静态磁性研究方面，1、制备不同厚度，不同重复次数和晶格结构的具有垂直各向异性的多层(Co/Pd)n磁性薄膜，研究薄膜的垂直各向异性随缓冲层，膜厚和重复次数n变化的规律。2、通过设计合适的纳米结构，改变其纳米单元间距，以达到调控其静磁相互作用的目的。3、在宏观磁性和微观磁畴结构测量的基础上，通过微磁模拟进行拟合，探索调控纳米单元阵列的垂直各向异性能和静磁相互作用的方法。对于动态磁性研究,1、选择静磁相互作用可忽略的具有垂直各向异性的多层(Co/Pd)n纳米单元阵列，通过交流磁性测量，研究其进动频率和吉尔伯特阻尼因子与连续膜的区别，从而理解磁性纳米单元阵列的纳米磁特性对磁弛豫特性的影响。2、结合时间分辨的磁光克尔技术，研究磁性纳米单元阵列的磁弛豫的过程，并探索在更高频域上的磁弛豫特性。. 本项目通过选择多层Co/Pd结构作为研究体系，制备具有垂直各向异性的多层(Co/Pd)n结构的新型磁性纳米单元阵列介质，利用纳米磁光克尔效应和磁力的显微镜，获得磁性纳米单元阵列的宏观磁特性和微观磁结构，通过微磁模拟，获得垂直各向异性和静磁相互作用随厚度，重复次数n，纳米单元间距变化的规律。利用交流磁性测量技术研究磁性纳米单元阵列的垂直各向异性和静磁相互作用能对吉尔伯特阻尼因子和进动频率的影响，探索垂直各向异性和静磁相互作用对磁弛豫特性的调制规律，为发展具有垂直各向异性的纳米磁性材料介质及其写入特性提供重要的实验和理论依据。