磁光子晶體薄膜的制備和性能研究.pdf

1、1877年，John Kerr研究放置在磁場中的物質(zhì)與線偏振光相互作用時，觀察到反射光偏振態(tài)變化，這個現(xiàn)象被稱為磁光克爾效應(yīng)(MOKE)?；诹孔恿W(xué)，人們發(fā)現(xiàn)磁性材料的磁光克爾效應(yīng)來源于自旋軌道耦合和自旋劈裂共同作用的結(jié)果。磁光克爾效應(yīng)譜反映其電子態(tài)結(jié)構(gòu)，已經(jīng)成為磁性材料和半導(dǎo)體材料電子結(jié)構(gòu)研究的有力工具?；诖殴饪藸栃?yīng)，人們實現(xiàn)了磁光存儲技術(shù)、設(shè)計出各種磁光器件。為了滿足磁光存儲技術(shù)和磁光器件高靈敏的要求，具有大磁光克爾信號的磁光

2、材料一直都是這個領(lǐng)域工作者所追求的目標(biāo)。
　　論文包括三個部分。第一部分是綜述，主要介紹了磁光克爾效應(yīng)的起源、發(fā)展、理論以及改善方法。第二部分是實驗裝置介紹。第三部分包括兩章，是我們的主要工作，利用聚苯乙烯小球(PSS)自組裝的方法，結(jié)合磁控濺射和電化學(xué)沉積，制備了以下兩個系列的樣品，即鐵磁（金屬）/PSSs(介質(zhì))和貴金屬/鐵磁陣列anti-dot兩個系列的磁光子晶體薄膜樣品，并對它們的磁光克爾效應(yīng)進行了較詳細的研究。
　

3、　一、PSSs六角密排結(jié)構(gòu)對磁性薄膜磁光克爾效應(yīng)的調(diào)制。
　　1、Fe/PSSs磁光子晶體薄膜制備和磁光性能研究
　　利用膠體自組裝在20 nm鐵薄膜上制備了具有六角密堆積結(jié)構(gòu)的二維(2D)Fe/PSSs晶體結(jié)構(gòu)，其周期等于小球直徑d。磁光和反射光譜呈現(xiàn)出了新的現(xiàn)象。首先，在300-800納米的波長范圍內(nèi)，相比較于單純Fe薄膜，磁光信號都得到增強。其次，磁光和反射譜有豐富的峰谷結(jié)構(gòu)，在d/λ固定的位置，峰谷一一對應(yīng)，因此改變

4、小球尺寸，磁光峰的波長位置隨之移動。第三，在d/λ=0.78和1.02的位置，無論是克爾峰還是反射谷都極窄。由磁光效應(yīng)對于環(huán)境光學(xué)常數(shù)響應(yīng)靈敏度定義，即S=(a)θk/(a)(n)(λ)=(a)θk/(a)λ1/(a)(n)(λ)/(a)λ，其中(n)（λ）為材料的復(fù)折射率，可以知道Fe/PSSs結(jié)構(gòu)對環(huán)境光學(xué)性質(zhì)呈現(xiàn)很高的靈敏度，特別在波長等于小球直徑位置時有高的靈敏度。
　　利用嚴(yán)格耦合波方程和有限時間差分法對樣品的反射譜做了

5、計算，結(jié)果表明，在PSSs-Fe薄膜界面上形成了表面等離子體(SPP)，在d/λ=0.78，1.02的位置，電磁場在小球內(nèi)形成導(dǎo)波模式（GM），在磁光譜和反射譜中形成強而窄的峰谷結(jié)構(gòu)。不同的表面模式，引起磁光效應(yīng)增強的品質(zhì)因子不同，其中GM模式具有高的品質(zhì)因子。理論分析可知，磁光效應(yīng)增強的物理機制在于PSSs-Fe結(jié)構(gòu)體系的有效介電常數(shù)大于單純的Fe薄膜，并且接近于空氣的介電常數(shù)，這一結(jié)論與P.Fumagalli的結(jié)論是一致的。

6、　　2、Fe/PSSs/Au三明治結(jié)構(gòu)磁光子晶體薄膜磁光性能研究。
　　在Fe/PSSs上面磁控濺射10 nm金，改善Air/PSSs介電常數(shù)差值小的影響。測試結(jié)果表面，三明治結(jié)構(gòu)磁光譜的Q值高達0.3（通常磁光薄膜小于0.2），而且有極強的波長響應(yīng)(半高寬小于10 nm)，可用于高靈敏磁光器件的制作。理論計算結(jié)果表面，F(xiàn)abry-Pérot干涉和表面等離子體是磁光效應(yīng)增強的來源。
　　3、MgO(substrate)/L1

7、0-FePt/PS Ss磁光子晶體薄膜制備和磁光性能研究。
　　通過加熱生長并原位退火的方法，在單晶MgO(001)襯底上生長L10-FePt垂直各向異性薄膜。利用自組裝在其上生長PSSs六角密排結(jié)構(gòu)，在其磁光譜和反射譜上，得到了PSSs/Fe磁光子晶體薄膜相類似的結(jié)果。由于薄膜磁性并沒有發(fā)生改變，說明表面模式對L10-FePt/PSSs體系磁光信號起調(diào)制作用，表現(xiàn)為純光學(xué)效應(yīng)。
　　二、Ag/Co anti-dot陣列性能

8、研究
　　納米球刻蝕(NSL)是普遍應(yīng)用的一種方法。在Glass/Cr(20nm)/Ag(200nm)薄膜上，利用PSS自組裝制備Ag/PSSs模版，利用三電極法，在間隙沉積Co納米顆粒，融掉PSS，得到磁性Co anti-dot納米陣列，分別改變沉積時間和晶格得到兩個系列Co anti-dot樣品。磁光和光學(xué)表征分析可知，體材料的等離子體共振和anti-dot結(jié)構(gòu)共振的共同作用是磁光信號得到調(diào)制的原因。在結(jié)構(gòu)共振中，由于孔的占空