条纹畴结构金属薄膜的微波高磁导率机制
结题报告
批准号:
51371093
项目类别:
面上项目
资助金额:
85.0 万元
负责人:
薛德胜
依托单位:
学科分类:
E0107.金属功能材料
结题年份:
2017
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
高美珍、任杨、董春辉、张晶、王凤龙、周恒安、王涛
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中文摘要
本项目以探索金属薄膜面内任意方向均可实现GHz高磁导率的机制为目的,以控制金属薄膜的条纹畴结构为关键,以高饱和磁化强度的Fe、Co基合金为载体展开研究。拟用射频溅射技术制备不同元素掺杂和不同厚度的Fe、Co基合金薄膜,结合结构和形貌观测,掌握不同成份和厚度的金属薄膜制备工艺。通过宏观和微观磁测量,掌握薄膜的内禀和技术磁性,探索薄膜磁化强度形成条纹畴结构分布的条件,以及条纹畴结构的特征,尤其是条纹畴方向的直流磁场调控特点。利用矢量网络分析仪获得金属薄膜的GHz磁导率随频率的变化,构建磁导率与条纹畴结构的关系。利用磁电阻或异常霍尔效应的自旋整流效应获得条纹畴结构中磁化强度在GHz下的动力学过程和图像,探索条纹畴结构薄膜GHz高磁导率的本质。结合以上数据,获得实现金属薄膜面内任意方向GHz高磁导率的机制,为360度高灵敏度的高频化、微型化和集成化电感类电子器件的制备提供理论和技术依据。
英文摘要
This project is aimed to research the mechanism of realizing high permeability in GHz range in any direction within the metallic thin film plane. The key point is to manipulate the strip domain structure which formed in the thin films of Fe and Co based alloys. Thin films with different amounts of doping and thicknesses will be fabricated by radio-frequency sputtering, and the preparation parameters can be obtained based on the study of their structure and morphology. The formation conditions and characteristics of the strip domain structure could be investigated by comparing the intrinsic and technological magnetic properties which are obtained from the macro- and micro- magnetic measurements. Special attention will be paid on effective measures to reorient the direction of the strip domain structure by DC magnetic field. The dependence of GHz permeability vs. frequency can be obtained by using the vector network analyzer, and the relationship between the permeability and the strip domain structure can be derived further. The dynamic process and picture of the magnetization under GHz microwave in strip domain structure can be explored by spin rectification enabled by magnetic resistance or abnormal Hall effect, and the nature of the high permeability of the thin films at GHz will be discussed. Combining the above results, the mechanism of high permeability in GHz range of the thin films with strip domain structure can be studied. The outcomes of this project will provide both theoretical and technological gist for fabrication of the micromation and integration inductor-like electronic devices with high microwave sensitivity.
本项目围绕金属薄膜面内任意方向均可实现GHz高磁导率的机制,以控制金属薄膜的条纹畴结构为关键,以高饱和磁化强度的Fe、Co基合金为载体展开研究,取得了系统性的研究成果。在多个金属薄膜体系上,实现了对薄膜各向异性的调控,实现了金属薄膜条纹畴结构,获得了条纹畴结构的微波高磁导率机制:翘出膜面各向异性决定了条纹畴的形成,而面内各向异性决定了面内可转动高磁导率特征。探索了磁化强度动力学高频高磁导率的本质:高翘出面外各向异性和低面内各向异性,提出了面内转动各向异性的重要性:决定了面内任意方向的高磁导率。利用光学支共振,提出并实现了超越声学支工作频率下的正磁导率。发现了四个在面内任意方向上实现5 GHz以下磁导率大于10的磁性金属薄膜体系:条纹畴结构薄膜、A/B/A三层膜结构、准单畴结构面内转动各向同性薄膜以及无交换偏置的反铁磁耦合铁磁薄膜。尤其是A/B/A(A为铁磁层,B为非磁性层)三层膜结构实现了真正面内各向同性高磁导率,对于电感类器件的集成化具有重要意义。构建了两种磁化强度动力学测试系统:室温—200ᵒC薄膜变温磁谱测试系统,10-300 K整流测试系统。对于从磁性和电性测试认识高频磁性以及薄膜的温度稳定性具有现实意义。本项目发表标注国家自然科学基金资助SCI论文38篇,获批国家发明专利6件。培养本科毕业生5名,硕士研究生5名,博士生5名,博士后1名。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Scaling of the thickness dependent anomalous Hall effect in amorphous ferromagnetic thin films
非晶铁磁薄膜中厚度相关的反常霍尔效应的缩放
DOI:10.1063/1.4869069
发表时间:2014
期刊:Journal of Applied Physics
影响因子:3.2
作者:Fan Xiaolong;Chen Hang;Rao Jinwei;Zhou Hengan;Zhang Yichao;Zhao Xiaobing;Xue Desheng
通讯作者:Xue Desheng
Voltage-Controlled Bistable Resistive Switching Behavior Based on Ni0.5Zn0.5Fe2O4/BiFeO3/Nb:SrTiO3 Heterostructures
基于 Ni0.5Zn0.5Fe2O4/BiFeO3/Nb:SrTiO3 异质结构的压控双稳态电阻开关行为
DOI:10.1166/sam.2016.2689
发表时间:2016-04
期刊:Science of Advanced Materials
影响因子:0.9
作者:Wu Lei;Dong Chunhui;Zhang Chao;Jiang Changjun;Xue Desheng
通讯作者:Xue Desheng
DOI:10.1088/0022-3727/49/5/055003
发表时间:2016-02-10
期刊:JOURNAL OF PHYSICS D-APPLIED PHYSICS
影响因子:3.4
作者:Shi, Shoupeng;Gao, Daqiang;Xue, Desheng
通讯作者:Xue, Desheng
DOI:10.1016/j.apsusc.2016.05.043
发表时间:2016-10
期刊:Applied Surface Science
影响因子:6.7
作者:Wu Lei;Sui Wenbo;Dong Chunhui;Zhang Chao;Jiang Changjun
通讯作者:Jiang Changjun
Tunable microwave magnetic properties in oblique deposited CoHf/Ta multilayers
倾斜沉积 CoHf/Ta 多层膜中可调谐微波磁特性
DOI:10.1063/1.4907998
发表时间:2015-02
期刊:Journal of Applied Physics
影响因子:3.2
作者:Chai Guozhi;Wang Xinhua;Wang Zhiling;Xue Desheng
通讯作者:Xue Desheng
铁磁单晶金属薄膜各向异性磁电阻的对称性和相移变化机制
  • 批准号:
    12174163
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    61万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    薛德胜
  • 依托单位:
磁畴二维序构软磁金属复合材料的MHz大功率能量转换研究
  • 批准号:
    91963201
  • 项目类别:
    重大研究计划
  • 资助金额:
    300.0万元
  • 批准年份:
    2019
  • 负责人:
    薛德胜
  • 依托单位:
界面磁电耦合诱导的磁性金属薄膜的可变形微波磁谱
  • 批准号:
    11674143
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    70.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    薛德胜
  • 依托单位:
异质纳米结构软磁薄膜的微波高磁导率研究
  • 批准号:
    11034004
  • 项目类别:
    重点项目
  • 资助金额:
    260.0万元
  • 批准年份:
    2010
  • 负责人:
    薛德胜
  • 依托单位:
高频薄膜电感中高磁导率材料的磁各向异性
  • 批准号:
    10774062
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    30.0万元
  • 批准年份:
    2007
  • 负责人:
    薛德胜
  • 依托单位:
量子磁记录纳米线的磁化反磁化机制
  • 批准号:
    50671046
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    30.0万元
  • 批准年份:
    2006
  • 负责人:
    薛德胜
  • 依托单位:
准一维铁氧体纳米线阵列磁特性的尺寸效应
  • 批准号:
    10374038
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    30.0万元
  • 批准年份:
    2003
  • 负责人:
    薛德胜
  • 依托单位:
铁氧体纳米线阵列的磁性和有限尺寸效应
  • 批准号:
    10174027
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    6.0万元
  • 批准年份:
    2001
  • 负责人:
    薛德胜
  • 依托单位:
纳米金属颗粒体系中的相互作用与磁矩分布
  • 批准号:
    50171032
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    20.0万元
  • 批准年份:
    2001
  • 负责人:
    薛德胜
  • 依托单位:
过渡金属氮化物中间隙和替代原子对材料磁性的影响
  • 批准号:
    19504005
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    9.0万元
  • 批准年份:
    1995
  • 负责人:
    薛德胜
  • 依托单位:
国内基金
海外基金