王璨-答辩教材

物理与材料科学学院Cu、Cr掺杂Sm2Co17/Cu薄膜性能及磁交换偏置效应的研究

硕士毕业论文答辩答辩人：王璨导师：方庆清专业：材料学方向：磁性材料主要内容一、研究背景二、样品制备及表征三、磁性层与非磁性元素调节对SmCo薄膜结构及性能的影响四、SmCo薄膜磁性交换偏置效应研究五、总结硕士毕业论文答辩一、研究背景SmCo稀土磁性材料相较与传统的磁性材料的优势1、高磁晶各向异性2、高居里温度3、良好的抗腐蚀性能稀土是中国最丰富的一种战略资源，鉴于稀土在提升科技军事方面的显著作用，研究和开发好稀土资源显得尤为重要。其中，稀土磁性材料是研究最为广泛的一类材料。硕士毕业论文答辩一、研究背景SmCo5晶体结构（1）SmCo5的晶体结构属于P6/mmm空间群，CaCu5型结构，其晶格常数a=0.4995nm，c=0.3978nm，密度为8.58×103kg/m3。1、SmCo晶体结构硕士毕业论文答辩一、研究背景（2）2:17型SmCo化合物在高温下具有Th2Ni17型晶体结构，在低温下转变为Th2Zn17型晶体结构。Th2Ni17型结构属于六方晶系，空间群为P63/mmm，点阵参数为：a=0.8373nm，c=0.8165nm。Th2Zn17型六角结构的点阵参数为：a=0.8402nm，c=l.2172nm。硕士毕业论文答辩Th2Zn17型晶体结构Th2Ni17型晶体结构一、研究背景2、SmCo薄膜的制备方法

脉冲激光沉积(PLD)法

磁控溅射法

分子束外延(MBE)法硕士毕业论文答辩一、研究背景高密度存储微型电机航天行业国防行业

3、SmCo磁性材料的应用领域硕士毕业论文答辩二、样品的制备及表征1、PLD制备SmCo薄膜的参数激光能量：190mJ/pulse靶基距离：50mm频率：8Hz本底真空度：2×10-4Pa沉积温度：400℃

靶基转速：6r/min靶材：99.99％的Sm、Co、Cu、Cr、Fe靶

硕士毕业论文答辩二、样品的制备及表征2、样品的结构硕士毕业论文答辩3、样品的表征手段二、样品的制备及表征X射线衍射仪(XRD)扫描电子显微镜(SEM)振动样品磁强计(VSM)磁光克尔测量系统(MOKE)综合物性测量系统(PPMS)硕士毕业论文答辩三、磁性层与非磁性元素调节对SmCo薄膜结构和性能的影响

硕士毕业论文答辩三、磁性层与非磁性元素调节对SmCo薄膜结构和性能的影响

图3-1Sm2Co17CuCr(Cr3.2nm)/Cu(100nm)/Cr(3nm)薄膜的XRD图，A.Si(111)衬底B.Si(100)衬底硕士毕业论文答辩1.不同SmCo磁性层厚度三、磁性层与非磁性元素调节对SmCo薄膜结构和性能的影响

图3-2[Sm2Co17CuCr(Cr6.4nm)]x/Cu(100nm)/Cr(3nm)薄膜的XRD图，C.x=40nmD.x=60nm硕士毕业论文答辩三、磁性层与非磁性元素调节对SmCo薄膜结构和性能的影响

图3-3[Sm2Co17CuCr(Cr3.2nm)]x/Cu(100nm)/Cr(3nm)薄膜的磁滞回线图，A.x=40nmB.x=60nm硕士毕业论文答辩HcA=2140OeHcB=2524Oe三、磁性层与非磁性元素调节对SmCo薄膜结构和性能的影响

图3-4[Sm2Co17CuCr(Cr6.4nm)]x/Cu(100nm)/Cr(3nm)薄膜的磁滞回线图，C.x=40nmD.x=60nm硕士毕业论文答辩HcC=2310OeHcD=2534Oe三、磁性层与非磁性元素调节对SmCo薄膜结构和性能的影响图3-1说明薄膜在Si（111）上生长比在Si（100）上好，图3-2说明增加磁性层的厚度不利于Sm2Co17的结晶。从图3-3,3-4中发现，磁性层厚度增加，结构变差，畴壁位移难，抵抗磁化作用大，矫顽力大。硕士毕业论文答辩三、磁性层与非磁性元素调节对SmCo薄膜结构和性能的影响

图3-5Sm2(x)Co17CuCr/Cu(100nm)/Cr(3nm)薄膜的XRD图，A.x=6s,B.x=8s,C.x=10s硕士毕业论文答辩2.不同Sm含量三、磁性层与非磁性元素调节对SmCo薄膜结构和性能的影响

图3-6Sm2(x=6s)Co17CuCr/Cu(100nm)/Cr(3nm)薄膜的磁滞回线图，x为Sm的沉积时间硕士毕业论文答辩Hc=2140OeMs=0.0015emu/cm2三、磁性层与非磁性元素调节对SmCo薄膜结构和性能的影响

图3-7Sm2Co17Cu（Cu1.5nm）Cr(x)/Cu（100nm）/Cr（3nm）薄膜的XRD衍射图，A.x=1.6nm,B.x=3.2nm硕士毕业论文答辩3.不同Cr含量三、磁性层与非磁性元素调节对SmCo薄膜结构和性能的影响

图3-8Sm2Co17Cu（Cu1.5nm）Cr(x)/Cu（100nm）/Cr（3nm）薄膜的SEM图，A.x=1.6nm,B.x=3.2nm硕士毕业论文答辩A（D≈25nm）B（D≈15-20nm）三、磁性层与非磁性元素调节对SmCo薄膜结构和性能的影响

图3-9Sm2Co17Cu（Cu1.5nm）Cr(x)/Cu（100nm）/Cr（3nm）薄膜的磁滞回线图，A.x=1.6nm,B.x=3.2nm硕士毕业论文答辩HcA=1920OeHcB=2140OeMsA=0.0017emu/cm2MsB=0.0015emu/cm2三、磁性层与非磁性元素调节对SmCo薄膜结构和性能的影响

从图3-6中发现，Cr掺入少，不仅Sm2Co17（300）峰弱，而且出现了SmCo5(200)峰，影响Sm2Co17（300）的生长，不利于制备Sm2Co17薄膜。从图3-7中发现，掺入3.2nmCr的Sm2Co17薄膜表面晶粒较平整且致密，有利于细化晶粒，提高结构。从图3-7中发现，掺入3.2nmCr的Sm2Co17薄膜矫顽力大，掺入1.6nmCr的Sm2Co17薄膜饱和磁化强度大。硕士毕业论文答辩三、磁性层与非磁性元素调节对SmCo薄膜结构和性能的影响

图3-10Sm2Co17Cu（Cu1.5nm）Cr（3.2nm）/Cu（100/150nm）/Cr（3nm）薄膜的XRD衍射图，A.Cu=100nmB.Cu=150nm硕士毕业论文答辩4.不同种子层Cu厚度三、磁性层与非磁性元素调节对SmCo薄膜结构和性能的影响

图3-11Sm2Co17Cu（Cu1.5nm）Cr（3.2nm）/Cu（100/150nm）/Cr（3nm）薄膜的磁滞回线图，A.Cu=100nmB.Cu=150nm硕士毕业论文答辩MsA=0.0015emu/cm2MsB=0.0010emu/cm2四、Sm2Co17薄膜磁性交换偏置效应研究硕士毕业论文答辩四、Sm2Co17薄膜磁性交换偏置效应研究（1）不同Cr掺入量（2）不同SmCo磁性层厚度（3）不同Sm含量硕士毕业论文答辩1.磁性层与非磁性元素调节对交换偏置的影响四、Sm2Co17薄膜磁性交换偏置效应研究图4-1Sm2Co17Cu（Cu1.5nm）Cr(x)/Cu（100nm）/Cr（3nm）薄膜的磁滞回线图，A.x=1.6nm,B.x=3.2nm,C.x=6.4nm硕士毕业论文答辩(1).不同Cr含量四、Sm2Co17薄膜磁性交换偏置效应研究硕士毕业论文答辩HE=(Hc++Hc-)/2

四、Sm2Co17薄膜磁性交换偏置效应研究增加Cr的含量有利于增强SmCo薄膜的交换偏置作用，随着Cr含量的增加，Cr在薄膜中形成钉扎，阻止了畴壁的移动，提高矫顽力，矫顽力增大导致交换偏置作用更强，偏置场变大。

硕士毕业论文答辩四、Sm2Co17薄膜磁性交换偏置效应研究硕士毕业论文答辩(2).不同SmCo磁性层厚度图4-3[Sm2Co17CuCr(Cr3.2nm)]x/Cu(100nm)/Cr(3nm)薄膜的磁滞回线图，A.x=40nmB.x=60nmHEA=210OeHEB=162Oe四、Sm2Co17薄膜磁性交换偏置效应研究硕士毕业论文答辩图4-4[Sm2Co17CuCr(Cr6.4nm)]x/Cu(100nm)/Cr(3nm)薄膜的磁滞回线图，C.x=40nmD.x=60nmHEC=655OeHED=163Oe四、Sm2Co17薄膜磁性交换偏置效应研究从图4-3和4-4中可以看出SmCo磁性层厚度增加会影响交换偏置，验证了HE∝1/tFM理论。硕士毕业论文答辩四、Sm2Co17薄膜磁性交换偏置效应研究硕士毕业论文答辩(3).不同Sm含量图4-5Sm2(x)Co17CuCr/Cu(100nm)/Cr(3nm)薄膜的磁滞回线图，x为Sm的沉积时间HE6s=216OeHE8s=82OeHE10s=26Oe四、Sm2Co17薄膜磁性交换偏置效应研究

随着掺入Sm含量的增加，偏置场HE不但减小，而且降低的幅度很大，说明增加磁性元素Sm的含量会影响SmCo薄膜的交换偏置。Sm的增多使得Hc+变小，从而引起Hc++Hc-变小，导致HE减小。硕士毕业论文答辩四、Sm2Co17薄膜磁性交换偏置效应研究

硕士毕业论文答辩3.Sm2Co17薄膜磁性交换偏置与温度变化关系图4-6Sm2Co17Cu(Cu1.5nm)Cr(3.2nm)/Cu(100nm)/Cr(3nm)薄膜的ZFC-FC曲线。四、Sm2Co17薄膜磁性交换偏置效应研究硕士毕业论文答辩图4-7Sm2Co17Cu(Cu1.5nm)Cr(3.2nm)/Cu(100nm)/Cr(3nm)薄膜10K低温下的磁滞回线四、Sm2Co17薄膜磁性交换偏置效应研究

从图4-6中可以看出，FC曲线整体呈现下降趋势，从10K到80K陡峭下降，在80K之后开始平缓下降。而ZFC曲线在10K到80K范围陡峭下降，在80K附近有极小值，从80K到260K开始上升，在260K附近出现极大值，然后下降。图4-7可以清楚地看出，Hc分别为+450Oe和-583Oe，说明产生了负的磁性偏置，进一步证实了在低温下的薄膜的相互作用是铁磁性的。硕士毕业论文答辩五、总结硕士毕业论文答辩五、总结全文小结1.适量的磁性层厚度可以提高Sm2Co17薄膜的矫顽力。同时，在保持Co含量不变，适量Sm含量有利于Sm2Co