垂直磁各向异性钴铁基磁性薄膜的制备及其在自旋转矩振荡器中的应用

基本信息
批准号:51801175
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:26.00
负责人:王博翀
学科分类:
依托单位:燕山大学
批准年份:2018
结题年份:2021
起止时间:2019-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:徐江红,彭梦宇,于芝鹏,白昱
关键词:
钴铁基磁性薄膜垂直磁各向异性自旋转矩振荡器半金属晶格形变
结项摘要

The exploration of high performance perpendicular magnetic anisotropy (PMA) materials is one of the most important driving forces in the development of ultra-high density magnetic memory materials, permanent magnet materials and spintronic devices. According to the theoretical calculations and the experimental results, the cobalt-iron based magnetic thin films with special structure and compositions, specifically lattice distorted cobalt-iron film, half-metallic Co2FeAl film, possess large PMA energy and high saturation magnetization. Such unique features lead to a broad research and application prospect. Based on our previous works, we plan to prepare the CoFe-based thin films with large PMA, by means of high-vacuum magnetron sputtering technology. The effects of sputtering conditions, substrates, buffer layer, film composition, thickness and other factors on the lattice structure, static and dynamic magnetic properties of CoFe-based films will be investigated. We will explore the correlation mechanisms between the magnetic properties and the preparation parameters and obtain the optimal preparation conditions. On the other hand, the PMA CoFe-based films can be applied to the free layer of spin-torque oscillators (STOs). By systematic changing the composition and thickness of free layer, capping layer, the effects of PMA on the output characteristics of STOs will be investigated. The physical mechanisms of spin transport, spin torque and magnetic moment precession will be clarified. Finally, by optimizing the microstructures of STOs, the STOs with large emission power and high Q-factor are obtained, and the practical application process of spin torque oscillators will be accelerated.

高性能垂直磁各向异性材料的研发,是制备超高密度磁存储材料、永磁材料、自旋电子器件最重要的推动力之一。理论计算和实验表明,某些特殊结构、成分的钴铁基磁性薄膜,具体为晶格形变CoFe膜、半金属Co2FeAl膜,呈现优异的垂直磁各向异性和高饱和磁化强度,具有广阔的研究和应用前景。本研究拟在前期工作基础上,运用高真空磁控溅射手段,制备具有高垂直磁各向异性的钴铁基薄膜,系统研究溅射条件、基片、薄膜成分、厚度、缓冲层等因素,对薄膜的晶体结构、静态、高频动态磁性能的影响,探索薄膜磁性能与各调控参数之间的关联机制,得到最优制备工艺。同时,将钴铁基薄膜应用于自旋转矩振荡器(STO)的自由层中,系统性的调控自由层薄膜成分、厚度、盖帽层等条件,研究垂直磁各向异性能大小对STO微波输出特性的影响,阐明自旋输运、自旋转矩、磁矩进动等物理机理;通过优化振荡器的微结构,制备高功率、高品质因数的STO,加快其实用化进程。

项目摘要

高性能垂直磁各向异性材料的研发,是制备超高密度磁存储材料、永磁材料、自旋电子器件最重要的推动力之一。通过本项目的支持,申请人以FeCo基材料为研究体系,系统研究了多种因素对薄膜晶格和磁各向异性能的影响,利用磁控溅射方法成功制备出多种具有高垂直磁各向异性的FeCo基薄膜材料,包括[FeCo/Pt]n多层膜,[FeCo/Ir]n多层膜,FeCo/FePt双层膜,以及FeCo/CoPt双层膜。这种同时具备高垂直磁各向异性和高饱和磁化强度的磁性薄膜具有广阔的研究和应用前景。同时,利用微磁学模拟软件OOMMF模拟研究了电流密度、磁各向异性能、器件大小对自旋转矩振荡器性能影响,为后续实验做指导。在此基础上,将高垂直磁各向异性的FeB基薄膜应用于自旋转矩振荡器的自由层制备当中,通过优化自旋转矩振荡器的结构、形貌,成功制备出高输出功率(大于2.5 μW)、高品质因数(大于5000)的自旋转矩振荡器。为自旋转矩振荡器的实用化提供实验依据。此外,通过化学方法合成了多种金属磁性纳米颗粒,例如CoFex@Co、Fe3O4、FeS2、Ni磁性颗粒,制备了磁性纳米颗粒/导电介质复合材料,系统研究了材料的结构、形貌和高频电磁性能,成功制备出多种性能优异的高频电磁材料。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

DOI:10.7498/aps.67.20171903
发表时间:2018
2

主控因素对异型头弹丸半侵彻金属靶深度的影响特性研究

主控因素对异型头弹丸半侵彻金属靶深度的影响特性研究

DOI:10.13465/j.cnki.jvs.2020.09.026
发表时间:2020
3

基于二维材料的自旋-轨道矩研究进展

基于二维材料的自旋-轨道矩研究进展

DOI:10.7498/aps.70.20210004
发表时间:2021
4

滚动直线导轨副静刚度试验装置设计

滚动直线导轨副静刚度试验装置设计

DOI:
发表时间:2017
5

基于协同表示的图嵌入鉴别分析在人脸识别中的应用

基于协同表示的图嵌入鉴别分析在人脸识别中的应用

DOI:10.3724/sp.j.1089.2022.19009
发表时间:2022

王博翀的其他基金

相似国自然基金

1

外尔半金属/垂直磁各向异性薄膜异质结构的制备及其自旋轨道转矩研究

批准号:11904088
批准年份:2019
负责人:梁世恒
学科分类:A2007
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
2

具有中心对称和高垂直各向异性的铁磁单层薄膜的自旋转矩及其导致的磁矩反转

批准号:11874135
批准年份:2018
负责人:周铁军
学科分类:A2003
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
3

磁性隧道结中垂直自旋转矩效应的微磁研究

批准号:11074046
批准年份:2010
负责人:张宗芝
学科分类:A2007
资助金额:38.00
项目类别:面上项目
4

CoFeB基新型垂直磁各向异性薄膜的界面调控及其自旋输运特性的研究

批准号:11174354
批准年份:2011
负责人:朱涛
学科分类:A2007
资助金额:75.00
项目类别:面上项目