薄膜-纳米线阵列复合磁系统中相互作用的研究

由于信息通讯和计算机领域的高速发展，对于能够工作在高频波段的高性能微波器件产生了越来越大的需求，这就需要制备微波器件的材料具有更高的共振频率、更大的吸波带宽和更大的吸收损耗。我们认为，利用复合材料中的磁相互耦合作用可以得到具有良好性能和可调控的微波材料。在具体方案上，我们拟采用磁性薄膜和磁性纳米线阵列这两类磁性材料构成"薄膜-纳米线阵列"复合磁性材料。以获得可调控的高共振频率材料为目标，选择几种典型的磁性材料和几何构型，通过对材料模型的微磁学模拟分析，得到合适的几何参数和磁性参数；再结合电化学沉积和磁控溅射工艺制备出符合参数要求的磁性样品。通过宏观和微观磁性的实验表征，结合动态磁性的测量结果，深入理解材料的共振频率与磁晶各向异性和形状各向异性的关系，以及磁性薄膜/磁性纳米线阵列复合材料的磁耦合和高频多共振机制。我们的研究结果将为寻找新一代微波器件材料提供理论和实验支持。

复合磁性材料的制备和性能研究是磁学领域的研究热点之一。尤其是随着信息技术的发展，对于能够工作在高频波段的微波器件产生了越来越大的需求，这就需要对磁性材料的的静态和动态磁性性能进行深入的研究。本项目采用电化学、水热法、磁控溅射等多种方法制备了多种复合磁性样品，包括磁性纳米线阵列、磁性薄膜和磁性包覆颗粒。通过形貌表征，物相分析，静态和动态磁性测量等分析手段对复合磁性材料进行了详细分析，并对磁性来源、磁性调控进行了定量研究。对于电化学制备的磁性纳米线阵列样品，具有很好垂直于薄膜的磁性能，通过对其铁磁共振谱分析了微波驱动下的纳米线的耦合的行为。通过简单包覆方法得到了具有较大磁共振吸收的FeNi-MWCNT复合磁性样品，可达到在3-18 GHz的宽频范围内得到大于-20dB的共振吸收。我们还制备了Fe3O4磁性纳米条带阵列和纺锤形Fe2O3-Fe3O4磁性复合纳米颗粒，研究了磁性各向异性和磁性大小的调控方法。并通过微磁学计算模拟的方法，我们对上述实验中制备得到的部分磁性样品进行了模拟对比研究，理解了Fe3O4磁性纳米条带中材料本身的磁晶各向异性可忽略，其磁畴和磁翻转行为由形状各向异性和衬底的应力各向异性决定。进一步的，我们计算模拟了一种有非磁性缺陷的自旋阀模型器件，结果显示磁性翻转层的磁畴翻转时间敏感地取决于缺陷位置。通过本项目的研究，我们深入理解了材料的共振频率与磁晶各向异性和形状各向异性的关系，以及磁性薄膜/磁性纳米线阵列复合材料的磁耦合和高频共振机制。我们的研究结果为寻找新一代微波器件材料和基于极化电流的自旋转移矩效应的纳米磁性器件的设计提供了理论和实验支持。