基于SWR效应的毫米波频段用磁性纳米薄膜研究

本项目针对基于自旋波共振(Spin wave resonance,SWR)效应的毫米波频段用磁性纳米薄膜展开研究。主要包括：1)低损耗磁性纳米薄膜制备；2)纳米薄膜表（界）面自旋钉扎；3)多层膜结构及其对自旋波共振的影响三个方面研究工作。低损耗NiFe和Fe薄膜是基础，磁性纳米膜的表（界）面自旋钉扎是提高薄膜使用频率的关键，多层膜结构是器件实现毫米波频段应用的重要支撑。磁性薄膜可通过磁控溅射和电子束蒸发技术制备；表面钉扎可通过引入缓冲层、覆盖层，适度表面氧化以及合理选择基片种类来实现；而多层膜结构研究是十分重要的，因为，多层膜结构可以较好地叠加单层纳米薄膜的SWR信号，为器件提供足够强的效应和信号。项目研究对于解决自旋钉扎的磁性薄膜制备工艺与性能、自旋钉扎与自旋波激发模式的关系、自旋波模式激发与损耗之间变化规律的认识三个科学问题有重要意义。

微波科学与工程的不断发展对现代微波磁性器件提出了更高的要求，使现代微波磁性器件逐渐向毫米波器件扩展。而现有微波磁性器件使用频率的提高通常是采用高各向异性场的六角铁氧体材料、高饱和磁化强度的金属/合金以及增加外磁场来实现，本项目开展的基于SWR效应的新型磁性纳米薄膜研究旨在探究除上述三种手段以外的新的提高微波磁性器件应用频率的方法。本项目以高饱和磁化强度的NiFe薄膜为研究对象，对低微波损耗的NiFe纳米薄膜制备、纳米薄膜的表面自旋钉扎以及多层膜结构进行研究，以通过磁性纳米薄膜的表（界）面钉扎效应来激发自旋波，进而利用SWR效应来提高微波磁性器件的应用频率。发表SCI论文6篇，申请专利3项，授权1项，培养博士生1名、硕士生5名。取得的主要研究成果如下：（1）完成了低微波损耗纳米薄膜制备与表征。分别采用电子束蒸发技术和磁控溅射技术沉积了低铁磁共振线宽的NiFe纳米薄膜，完成了薄膜制备工艺条件与显微结构及磁性能间关系研究，认识了磁性纳米薄膜微波磁性能与厚度间变化规律。（2）完成了纳米薄膜的表面自旋钉扎研究。完成了高度取向NiO薄膜的制备工艺研究，并优化了NiO薄膜制备工艺，完成了铁磁/反铁磁、反铁磁/铁磁、反铁磁/铁磁/反铁磁结构中NiO薄膜对NiFe薄膜表（界）面钉扎效应研究；基于不同取向的NiO薄膜，完成了不同取向反铁磁NiO薄膜对NiFe薄膜的驰豫机制研究。（3）完成了磁性/非磁性多层膜结构研究。完成了Cu/NiFe、NiFe/Cu、Cu/NiFe/Cu以及Ti/NiFe/Ti多层膜结构研究，通过优化非磁性层的厚度调控NiFe薄膜的磁性能，并获得了重复性和一致性良好的周期性多层膜结构。