具有低温有序的[FePt/Au]10垂直磁记录介质材料的制备与表征

本项目是针对目前信息存储技术的迫切需求，开发新一代超高密度垂直磁记录介质面临的材料制备的关键问题所提出的一项应用基础研究。本研究在制备具有优良的垂直磁各向异性、较高的磁性能、无颗粒间磁耦合作用的[FePt/Au]10薄膜的基础上，通过在体系中引入更多的界面（如采用[Fe/Pt/Au]10多层膜结构）、引入更多的缺陷（如掺杂Bi、Ag）或提高体系的Fe、Pt扩散系数（如掺杂Cu）的方法，进一步降低[FePt/Au]10薄膜的有序化温度，从而实现具有综合磁学性能的L10-FePt薄膜（即统一解决FePt薄膜的三个存在的科学性问题），为超高密度垂直磁记录薄膜材料的实用化提供实验和科学依据，并在纳米尺度上表征[FePt/Au]10薄膜的微结构，建立磁性能和微结构之间的联系，从而进一步阐述[FePt/Au]10体系中的低温有序化机理。

本项目通过在FePt/Au垂直磁性薄膜中引入各种界面微结构的调控，对薄膜的有序化相变或关键磁学性能进行控制，从而制备出具有综合磁学性能的L10-FePt薄膜（即统一解决FePt薄膜的三个存在的科学性问题）；同时，利用X射线光电子能谱技术和微磁模拟计算等手段，在纳米尺度上表征上述薄膜的微结构，建立磁性能和微结构之间的联系，进一步阐述[FePt/Au]10体系中的微结构调控的机理；此外，将上述微结构的界面调控手段应用到其它磁记录薄膜或磁电阻薄膜中，对相应的磁性能起到了重要的调节作用，取得的学术性成果如下：（1）通过控制薄膜中的缺陷浓度（如利用表面活性原子或多层膜结构增加缺陷浓度），促进薄膜中的有序化相变，并且调控磁记录薄膜的关键磁学性能，为磁记录介质的有序相变和性能调控提供了一种新的物理思路和方法。（2）利用非磁性相对FePt的界面调控作用以及沉积原子面对FePt晶格取向的调控作用，控制FePt相的形核生长过程、取向以及岛状磁畴结构，制备了具有“磁岛”结构、排列规则、无颗粒间磁耦合作用的超薄L10-FePt垂直磁记录薄膜。（3）通过微磁模拟研究磁畴结构、角分辨XPS技术研究原子扩散，在纳米尺度上系统地表征了具有低温有序的[FePt/Au]10垂直磁记录介质薄膜的微观结构，并且阐述了上述FePt/Au多层膜中的界面调控作用以机理。（4）电控薄膜中电子流的高速迁移，并利用电子迁移与金属原子进行动量交换作用，促进金属原子的有序化排列，在无退火处理下实现了FePt合金的快速有序化相变，并获得垂直磁各向异性较好的L10-FePt薄膜，对于电控其它L10型磁性薄膜材料的有序化相变具有重要的参考意义。（5）通过控制薄膜制备过程中的相变，利用非磁性相对磁性相进行界面调控，降低磁记录介质薄膜的磁耦合作用，提高其热稳定性，以及通过反铁磁材料与磁记录薄膜的磁耦合作用，提高其热稳定性，为磁记录介质中的实用性能的调控提供了新的物理思路。（6）利用软磁材料与垂直磁记录薄膜的磁耦合作用，调控薄膜的矫顽场，以易于磁性能良好的FePt/Au薄膜的充磁，有利于将其应用于介质材料中。（7）受到上述界面调控作用在磁记录介质中的重要作用的启发，利用界面散射作用调控磁性多层膜中多种磁电阻效应，为调控相关物理效应、发展新型磁电阻材料提供了一种新的途径。