铁铂铑镶嵌式磁记录介质及其反铁磁-铁磁相变的自旋动力学

FePt基纳米磁性材料作为一种重要的垂直磁记录介质，在下一代超大容量信息存储技术中有独特的潜在应用。但用这种材料制成的存储器，在磁头写入数据时，需借助热辅助技术将介质瞬时加热到接近居里温度，以降低其过高的矫顽力。如何能在更低的温度降低这种材料的矫顽力，仍然是当前的一个研究热点。本项目利用特殊反铁磁材料的热致反铁磁-铁磁相变现象，结合磁控溅射方法和激光干涉掩膜技术，制备能在200℃左右瞬时降低矫顽力的铁铂铑镶嵌式反铁磁/铁磁阵列；在此基础上通过脉冲激光的时间分辨泵浦-探测技术，对热致反铁磁-铁磁相变的自旋动力学进行瞬态分析，重点研究此相变过程中的自旋-晶格驰豫机理，并深入解析这种阵列介质的热磁特性和磁化反转机制，进而揭示反铁磁/铁磁交换偏置耦合与软磁/硬磁交换弹性耦合对阵列磁性的影响，为开发热辅助超高面密度垂直磁记录介质提供理论依据和实验基础，具有重要的研究价值和明显的科学意义。

具有极高单轴磁晶各向异性能密度的有序相FePt合金在超大容量信息存储技术中有独特的应用价值。尺寸均一的FePt纳米颗粒可用于开发自组织磁记录介质，而优质的FePt连续薄膜可用于加工阵列磁记录介质。有序相FeRh合金在100℃左右发生热致反铁磁–铁磁转变现象，用其形成FePt/FeRh复合磁性介质，可以借助热辅助技术瞬时降低FePt过高的矫顽力。使这两种合金发生有序化，都需要700℃以上的高温环境，会造成颗粒长大、薄膜的连续性被破坏以及FePt/FeRh层间发生混合等问题。本项目利用容易形成孔洞的FeAl合金作为下底层，用MgO作为中间层，成功地使FePt在400℃转变为有序相，并形成尺寸约为10 nm的微小颗粒，矫顽力达到20 kOe。利用成分梯度设计，获得了在800℃仍能保持平整无缺陷的优质FePt连续薄膜，表面起伏仅有3 nm。使Fe和Pt的原子比为6:4，在500℃获得一种特殊的硬磁/软磁交换弹性复合材料，沿平行和垂直于膜面方向磁化的矫顽力都达到5 kOe以上。令FePt层在下，FeRh层在上，于450℃获得较为理想的有序化FePt-FeRh双层复合薄膜；通过调节FeRh层的成分和控制FePt层的有序化程度，将FeRh层的反铁磁-铁磁转变温度由100℃提高到离室温更远的200℃，改善了双层复合薄膜的磁稳定性；矫顽力在室温时为7.5 kOe，而在300℃时降低到1.1 kOe。这些工作为利用FePt合金开发热辅助超高面密度垂直磁记录介质及高性能磁力显微镜探针提供了重要的实验和理论基础