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离子束技术与纳米磁性交换偏置系统

姚淑德  法涛  向清沛  华伟  成枫峰  周生强  
【摘要】:近些年来,用离子束技术构建、调控和表征纳米磁性交换偏置系统的研究取得了突破性的进展。交换偏置(Exchange Bias)系统经过场冷后,在外加磁场反转时,由于铁磁层(FM)与反铁磁(AFM)层的相互作用,铁磁层的反转需要额外的能量,这一能量使得磁滞回线沿磁场反方向发生平移。交换偏置有广泛的用途和深远的意义:可以显著增强矫顽力H_C;有助于提高更小尺寸、更高密度磁性存储和读写材料的制备和稳定性;有利于发展自旋电子学,有望制备高速、节能、非电压调节的自旋电子学器件:如自旋阀,磁隧道结;有助于突破超顺磁极限等。最先实现交换偏置系统的途径是制备以铁磁结构为芯、反铁磁结构为壳的部分氧化物颗粒:由于薄膜生长技术的进步,从几纳米到几十纳米的具有整齐界面的铁磁性薄膜和反铁磁薄膜得以精细制备;近期我们和国外的合作者率先提出并实现了"用离子束技术构建、调控和表征纳米磁性交换偏置系统",我们的构建方案有三种:1)能量为几十-几百KeV的氧离子注入磁性薄膜形成反铁磁氧化物颗粒;2)在反铁磁氧化物薄膜中注入铁磁性离子以形成交换偏置;3)用调控铁磁性离子和氧离子比例双束溅射方法制备不同配比的铁磁和反铁磁薄膜等。我们已先后成功构建了Co-CoO,Ni-NiO交换偏置系统,摸索到了最佳注入剂量和退火温度,得到的HEB最大值是458Oe,并在同步辐射光源上测到了CoO,NiO的衍射峰。近期将引入高能重离子辐照方法调控和修饰纳米磁性颗粒,并进一步改进离子束构建技术。

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