smtbco系光磁混合记录薄膜结构和特性的研究

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1、摘要光磁混合记录方法是一种可以突破超顺磁极限的限制并进一步提高硬盘记录密度和读写速率的一种新型超高密度信息存储方式它汲取了磁光记录以及磁记录的优点信号写入采用的是激光辅助加热方式信号读出则是采用灵敏度较高的巨磁阻磁头检测磁通方式来进行开展光磁混合记录介质的研究对于硬盘的高密化和光磁混合记录技术的实用化都有着及其重要的意义因此本文围绕着新型光磁混合记录介质的研制与开发在SmTbCo系薄膜的微观结构物理特性及其相关机理等问题方面从实验和理论方面进行了深入系统的研究理论上一方面针对光磁混合记录介质需要具有高的磁各向异性能以提高薄膜热稳定性的问题利用单离子模型和磁偶极模型分析了稀土过渡金属非晶磁化

2、膜垂直磁各向异性的来源计算结果表明膜内稀土元素原子与过渡金属元素原子之间的磁偶极相互作用构成了其磁各向异性能的次要部分稀土元素的4f电子与溅射沉积薄膜过程中产生的畸变晶格场之间的静电相互作用则构成了其磁各向异性能的主要部分具有非球型对称电荷分布的非S态离子Tb与畸变晶格场之间的静电相互作用是TbCo非晶磁化膜具有高垂直磁各向异性能的主要原因另一方面围绕着光磁混合记录介质需要具有大的饱和磁化强度以提高记录介质的信噪比的问题研究了稀土过渡金属非晶磁化膜内原子之间的交换耦合相互作用并利用轻重稀土元素原子同过渡金属元素原子之间交换耦合相互作用不同以及稀土过渡金属薄膜具有亚铁磁结构的特点采用轻元素S

3、m置换重稀土元素Tb的方式得到了磁性能优良的SmTbCo/Cr非晶垂直磁化薄膜并运用平均场理论计算了SmTbCo/Cr非晶垂直磁化薄膜的温度特性曲线计算结果与实验结果相一致在此基础上还研究了单离子各向异性对平均场模型的影响结果表明单离子磁各向异性常数对SmTbCo薄膜的居里温度Tc影响不大但对于其补偿温度Tcomp有一定的影响平均场理论的计算结果还表明不同组分薄膜的交换耦合相互作用增强系数Ax随着温度的升高而逐步降低达到居里温度时Ax接近零理论上还根据能量最低原理建立了微磁模型研究了稀土过渡金属交换耦合双层膜界面磁畴的形成条件以及外场作用下交换耦合双层膜的磁化转变过程合理地解释了SmTbC

4、o交换耦合双层膜的磁化特性并通过SmTbCo交换耦合双层膜界面I畴壁能的计算研究了其层间交换耦合作用情况实验上围绕着光磁混合记录介质需要具有高的矫顽力以提高介质记录面密度的问题采用控制变量法研究了制膜工艺参数对TbCo薄膜矫顽力的影响得到了TbCo薄膜获得高矫顽力的最佳制膜工艺条件并采用射频磁控溅射法成功地制备出了TbCo/CrSmTbCo/Cr及SmTbCo(TM-rich)/SmTbCo(RE-rich)系列单层和多层交换耦合磁性膜测量了薄膜基本磁特性分析了其微观结构所制备出的SmTbCo/Cr3非晶垂直磁化膜的饱和磁化强度Ms高达385emu/cm矫顽力为4.7kOe矫顽力矩形比高达

5、0.92所制备出的SmTbCo交换耦合双层膜也具有优良的磁性能薄膜剩余3磁化强度高于350emu/cm矫顽力高达5.9kOe读出层居里温度为230补偿温度为150写入层的居里温度300补偿温度则低于室温这些特性使得SmTbCo薄膜能够满足光磁混合记录的要求实验上还首次发现了金属Cr底层能够增大TbCo非晶磁化膜的矫顽力并增强其垂直磁各向异性结合薄膜微观结构的分析结果发现了产生这一现象的主要原因是金属Cr底层的存在会使得TbCo薄膜内产生斜向的柱状结构为了提高薄膜的垂直磁各向异性能增强薄膜的热稳定性实验上还系统地研究了影响TbCo非晶磁化膜垂直磁各向异性能的一些因素结果表明为了提高稀土——过

6、渡金属薄膜的垂直磁各向异性在采用磁控溅射法制备薄膜的过程中必须合理选择薄膜磁性层组分溅射气压以及基片偏压这些结果为进一步提高光磁混合记录薄膜的磁各向异性能以提高薄膜热稳定性能方面指明了方向关键词光磁混合记录SmTbCo系列薄膜交换耦合相互作用垂直磁各向异性金属Cr底层IIAbstractHybridrecordingisanovelkindofsuper-highdensitydatastoragetechnologythatcanbreakthroughthesuper-paramagneticlimit,andfurtherincreasetheareadensityaswellast

7、hewritingandreadingratesofharddiskdrives(HDD).IttakesadvantagesfromMagneto-Optical(MO)andmagneticrecordingmethods.Thedatawritingisbylaser-assistedthermalmagneticrecordingandthedatareadingisbymagneticfluxdetection