磁性薄膜表面粗糙度對磁特性的影響.pdf

1、本文主要采用Monte Carlo方法研究了表面粗糙度對薄膜磁特性的影響。論文的具體內(nèi)容安排如下： 1、簡單介紹了納米磁性材料的基本概念、分類及其物理特性，接著主要介紹了本論文所涉及的一些理論基礎，以及本論文所采用Monte Carlo方法。 2、基于Monte Carlo方法，具體研究了不同薄膜的粗糙度對薄膜磁特性的影響，研究發(fā)現(xiàn)：(1)薄膜表面粗糙度由其表層格點有、無原子填充決定，即由表面原子占據(jù)比例決定，表面粗糙度

2、γ需要根據(jù)具體的薄膜結構分別定義為γ+和γ-；(2)對于γ+和γ-兩種情況，鐵磁性薄膜的熱磁化強度M、居里溫度Tc和矯頑力Hc等性質(zhì)隨粗糙度γ變化的趨勢顯著不同，這是因為配位數(shù)與粗糙度有密切的關系，它對薄膜磁特性有很大的作用：(3)在由鐵磁和反鐵磁原子組成的混合膜中，反鐵磁原子占多數(shù)與鐵磁原予占多數(shù)的兩種情況下，粗糙度γ對系統(tǒng)矯頑力Hc的影響有明顯不同，這是因為平均配位數(shù)-z和鐵磁性原子摻雜量X0共同影響系統(tǒng)的Hc。 3、采用M

3、onte Carlo模擬，進一步研究了自由表面粗糙度對鐵磁性薄膜磁特性的影響，計算結果表明表面粗糙度對自由表面和介質(zhì)中的薄膜的磁特性的影響不同，這種不同與自由表面原子磁矩的急劇增加有關。 納米磁性薄膜是二維納米材料，它在磁、光、電方面有著獨特的性能，有廣闊的應用前景。然而薄膜在制備過程中總是存在凹凸不平的表面，即表現(xiàn)為表面粗糙度總是存在的。粗糙度不僅影響薄膜磁化曲線，磁交換機制以及磁性多層膜的磁各向異性，還顯著影響納米材料的巨磁

4、電阻及隧穿磁電阻。因此，粗糙度對薄膜的磁學、自旋電子學特性的影響一直是令人關注的研究課題。 本文基于Monte Carlo方法，研究了表面粗糙度對薄膜磁特性如熱磁化強度M、居里溫度Tc和矯頑力Hc等的影響。論文的具體內(nèi)容安排如下： 第一部分，介紹納米磁性材料的基本概念、分類、物理特性以及磁性薄膜粗糙度的研究歷史和現(xiàn)狀。 第二部分，主要介紹本論文所涉及的基本理論知識，包括磁性的分類、基本特征、磁化曲線以及對磁性材料

5、的磁特性起決定作用的磁相互作用。 第三部分，重點介紹本論文所采用的數(shù)值計算方法--Monte Carlo方法。 第四部分，采用Monte Carlo方法模擬研究了不同薄膜時粗糙度對系統(tǒng)磁特性的影響。 首先，我們研究了完全鐵磁性薄膜的表面粗糙度對系統(tǒng)磁特性的影響，結果表明： (1) 表面粗糙度γ需要根據(jù)具體的薄膜結構分別定義為γ+和γ-，且薄膜的最近鄰平均配位數(shù)-z(γ+)隨γ+的變化在γ+=0.4583處

6、出現(xiàn)極小點，-z(γ-)隨γ-增加而減??； (2) γ+和γ-兩種情況下的薄膜磁特性不同，且粗糙度參數(shù)γ對熱磁化強度M、居里溫度瓦和矯頑力Hc等磁特性的影響都與配位數(shù)-z有關。以上模擬結果說明對于γ+和γ-情況，薄膜磁特性隨粗糙度變化的趨勢顯著不同，這是因為配位數(shù)與粗糙度有密切的關系，它對薄膜磁特性有很大的作用。 進一步，我們研究了鐵磁/反鐵磁混合磁性薄膜的表面粗糙度對系統(tǒng)磁特性的影響，結果表明： (1) 混合膜

7、中，反鐵磁原子占多數(shù)與鐵磁原子占多數(shù)的兩種情況下，粗糙度γ對系統(tǒng)矯頑力的影響有明顯不同。 (2) 平均配位數(shù)-z和鐵磁性原子摻雜量X0共同影響系統(tǒng)的Hc-γ曲線。 (3) 系統(tǒng)的Hc-X0曲線呈峰形，這與實驗的結果一致，且γ+時的最高峰位在X0=0.8左右，γ時的最高峰位從X0=0.8移動到X0=0.9。 第五部分，基于Monte Carlo方法，研究了自由表面粗糙度對鐵磁性薄膜磁特性的影響，比較分析了表面粗糙度

8、對自由表面和介質(zhì)中的薄膜磁特性的不同影響。模擬結果表明： 薄膜所處環(huán)境及表面粗糙度都影響著薄膜的熱磁化行為和居里溫度，具體表現(xiàn)如下： (1) 自由表面薄膜的居里溫度高于介質(zhì)中的薄膜，這與自由表面原子磁矩的急劇增加有關。居里溫度Tc隨γ的變化與平均配位數(shù)-z有關。 (2) 自由表面條件下薄膜的Bloch指數(shù)b隨γ-變化的趨勢與介質(zhì)中薄膜的相似，然而自由表面的b隨γ+變化的趨勢與介質(zhì)中的不同，且自由表面的b小于介質(zhì)中