图纹结构Co/Pt多层膜的制备及垂直磁各向异性研究

本课题在纳米胶体球自组装和磁记录材料研究的基础上，将两者有效地结合起来，一方面，利用胶体球掩蔽生长技术，在硅平面衬底上制备尺寸可控的Co/Pt多层膜的纳米点结构阵列，研究纳米点尺寸和间距等对其矫顽力、晶粒尺寸及分布、磁畴结构等的影响，从微观磁相互作用方面揭示垂直磁各向异性与纳米点尺寸的关系；另一方面，以胶体球曲面为基础，制备Co/Pt多层膜的纳米碗结构阵列，研究纳米碗曲率对多层膜的磁矩转动行为、晶粒间耦合、开关场分布等的影响，探索磁各向异性和自旋结构之间的关系。并将平面和曲面的连续膜、纳米点、纳米碗阵列对比，深入探讨磁各向异性变化的微观机理。本课题的开展将为研究多层膜结构和磁性提供一个手段，为实现高密度性能良好的磁记录介质提供理论基础和实验依据。

以二维胶体球阵列为模板制备了尺寸可控的Co/Pt多层膜的纳米碗和纳米点结构阵列，研究曲率对多层膜的磁矩转动行为、晶粒间耦合、开关场分布等的影响。并将平面和曲面的连续膜、纳米点、纳米碗阵列对比，深入探讨磁各向异性变化的微观机理，完成了项目内容。主要研究结果如下：.通过控制胶体溶液浓度、蒸发速率和温度等参数，完善自组装制备工艺，现已在硅衬底上成功组装出60nm、100nm、200nm、460nm、700nm 等尺寸的单层二维有序胶体阵列模板，胶体阵列周期性完好，呈六方密堆排列。在保持胶体球形状和阵列周期结构不变前提下，缩减胶体球的尺寸，获得了分离胶体阵列的刻蚀技术。我们现已经熟练掌握了胶体周期阵列的组装和刻蚀技术，完全可以作为模板来沉积磁性材料，供图纹结构磁性研究。将倾斜垂直沉积法与物体限制法结合，通过物体限制下的倾斜垂直沉积法，制备出了大面积、高度有序、层数可控的胶体球阵列，克服了多层膜层数和均匀度无法精确控制的弊端。.以胶体阵列为模板，制备了大面积Co/Pt多层膜纳米点阵结构。纳米点呈六角形排列。以不同尺寸的胶体球阵列为模板，可以制备不同尺寸的纳米点阵列。调整刻蚀技术及溅射参数，可以得到不同形貌的纳米点阵列。由于胶体球的阴影效应，纳米点的高度被减小1/3左右，每个子层都会相应减小，因此纳米点界面不明显，趋向于以合金的状态存在。在纳米点的边缘高度更小，因此在磁性测量中会有超顺磁成分。.以胶体阵列为模板，结合转移刻蚀技术，制备了大面积Co/Pt多层膜纳米帽子和纳米碗阵列。通过对胶体阵列刻蚀和对生长条件控制，制备了不同形貌纳米碗阵列。Co/Pt多层膜纳米碗磁易轴沿着几何对称方向。由于纳米碗边缘部分形成了合金，只有部分Co/Pt多层膜纳米碗表现出垂直各向异性。通过对生长条件控制，得到了不同磁易轴取向的Co/Pt多层膜纳米碗阵列。.磁控溅射制备的CoPt合金膜600℃退火以后发生了从无序到有序的相变，即成为面心四方的CoPt结构。不同温度下的热应力和本征应力均表现为拉应力，二者均随退火温度的增加而减小，矫顽力随退火温度提高而增加。600℃真空退火后，当Co含量在40%以上时，样品均形成了L10的CoPt合金。随着Co含量的增加，样品的结晶度变好，有序度增加，Co50Pt50的样品有序度，矫顽力均达到最佳值。薄膜矫顽力和晶粒尺寸随厚度增加而增大，应力随膜厚增加而减小