超高密度磁存储用FePt纳米颗粒阵列的制备及其性质研究

电子信息产业的高速发展对磁存储的容量及密度提出了更高的要求，L10结构的FePt具有大的磁晶各向异性能，小的超顺磁极限颗粒尺寸，成为新型超高密度磁存储介质材料研究的热点。本项目中我们将嵌段共聚物胶束化与溅射沉积保护层相结合制备有序FePt纳米颗粒阵列，该方法既具有化学方法的优势（纳米颗粒尺寸分散度小、分布均匀，颗粒大小、形状和间距容易控制）；又通过溅射沉积使FePt纳米颗粒分散在非磁性基质中，从而解决了退火过程中颗粒长大及颗粒间磁交换耦合作用问题。同时我们提出通过引入晶格匹配的缓冲层和保护层，在等离子体刻蚀及退火过程中实现FePt纳米颗粒易磁化轴的垂直取向；通过元素掺杂及控制退火条件来降低FePt有序化相变温度。该项目的实施，有望得到能实际应用于超高密度磁存储的FePt纳米颗粒阵列，对磁性金属纳米颗粒的基础研究和超高密度磁存储介质材料的实际应用都有着十分重要的意义。

L10结构的FePt具有大的磁晶各向异性能，小的超顺磁极限颗粒尺寸，成为新型超高密度磁存储介质材料研究的热点。实际应用的L10相FePt纳米颗粒需要同时满足以下条件：较低的有序化温度、垂直的c轴取向、单一尺寸和有序均匀分布。但目前还没有任何方法可以制备出能同时满足上述条件的FePt纳米颗粒。本课题中我们将物理方法和化学方法相结合，制备了L10相FePt纳米复合薄膜，这些FePt纳米颗粒复合薄膜具有相变温度低、c轴垂直取向和磁性绝缘的特点。具体成果如下：我们采用反胶束法制备了单分散性良好、准六角有序的FePt纳米颗粒阵列，实现了对颗粒大小和间距的大范围调控，同时通过溅射覆盖SiO2介质层抑制了FePt纳米颗粒的团聚和长大，并减弱纳米颗粒之间的磁性相互作用。在胶束溶液中添加适当Au和Ag盐的方式实现元素掺杂，当Au或Ag原子被引进到FePt纳米颗粒中后，FePt将产生晶格膨胀现象，从而导致弹性能增加，有效地促进了L10相FePt纳米颗粒的有序化进程，并将有序化温度降低了约100 oC。我们在MgO (001)衬底上引入了晶格匹配的Au (002)缓冲层，诱导FePt颗粒的取向生长，退火后FePt纳米颗粒展现出了明显的垂直各向异性。通过该项目的实施，我们共发表SCI论文8篇，申请4项国家发明专利，其中获得授权发明专利3项，参加国际会议并做邀请报告1次，培养研究生3名，其中一人获中科院院长优秀奖及北京市优秀毕业生。本项目的成果提供了一条超高密度磁存储的FePt纳米颗粒阵列实际应用的可行途径，对磁性金属纳米颗粒的基础研究和超高密度磁存储介质材料的实际应用都有着十分重要的意义。