隨著科學技術的進步,磁存儲的存儲密度和存儲信息的讀寫速度極限不斷被突破,而作為磁存儲最常用的儲存介質,磁性薄膜得到越來越多研究者的關注。新型納米磁性隨機存儲器(Magnetic Random Access Memory,MRAM)被預為“理想的存儲”,選取最適合MRAM應用的磁性薄膜成為發(fā)展高密度、低功耗和高穩(wěn)定性存儲器件的關鍵。當前大量研究工作關注于如何提升基于自旋轉移力矩(Spin Transfer Torques,STT)的MRAM的性能,其中一項重要的研究方向是通過減小磁性薄膜材料的阻尼系數來減小STT-MRAM的臨界翻轉電流J_c�；跁r間分辨的磁光克爾效應(TR-MOKE)是研究超快自旋動力學的重要手段之一,通過分析超快動力學的進動過程來探討阻尼系數的影響因素。本論文著重針對兩種復雜磁性薄膜結構進行超快自旋動力學研究,從多方面探究阻尼系數與垂直各向異性,樣品成分和溫度的依賴關系。主要結果包括以下幾個方面:一、[Pt/Co]_3/MnIr多層膜結構交換偏置大小的調控和超快自旋動力學研究。通過改變非磁性層Pt、磁性層Co以及反鐵磁層MnIr的厚度,有效地調控體系的交換偏置場大小;利用TR-MOKE技術對系列樣品進行超快自旋動力學過程的研究,研究發(fā)現:泵浦激光能量能顯著影響樣品的垂直磁各向異性和有效阻尼因子。此外,通過改變Pt層和Co層厚度,發(fā)現Pt厚度為0.5到1.5 nm,Co厚度為0.8到2.4 nm的變化范圍內時,飽和阻尼因子隨垂直各向異性的增大而增大。盡管交換偏置的大小與進動阻尼并沒有直接的聯系,但我們唯象的認為交換偏置不利于阻尼因子的減小。二、稀土-過渡金屬組成的非晶薄膜TbFeCo超快自旋動力學研究。當Tb含量從10%到33%變化時,超快退磁幅度隨Tb含量增大而增大。證明了在富Fe Co樣品中時間尺度為幾十皮秒的克爾信號的減小是進動過程,由于Tb阻尼因子很大導致進動很快耗散。通過進一步的減小Tb的含量到6%,我們觀察到更多周期的振蕩,表明樣品的阻尼與Tb的含量有直接依賴關系。最后,通過800 nm和400 nm兩種不同波長的探測光,實現了同時探測FeCo和Tb單一亞晶格超快動力學過程,對比發(fā)現Tb的退磁比Fe Co慢(晚)200 fs以上,且FeCo磁矩進入弛豫恢復過程后Tb仍然在退磁。三、溫度和電場對TbFeCo磁性質的調控。通過對富Fe Co的TbFe Co樣品分別進行降溫和加溫實驗,我們發(fā)現其阻尼因子強烈依賴于測量溫度。在高溫情況下,我們觀察到多個周期明顯的振蕩,表明高溫能破壞Tb與Fe Co之間的耦合。通過測量不同溫度不同磁場下的動力學曲線,探究進動幅度與外磁場的關系,研究發(fā)現當外磁場與垂直各向異性場相等時,進動幅度取得極大值(外磁場平行于膜面)并利用兩種不同的進動模式來合理解釋正負磁場下進動頻率的相反變化和相位偏移。此外,采用鐵電材料PMN-PT和具有磁致伸縮效應的TbFeCo制備鐵電/鐵磁(FE/FM)復合結構,通過電場來調控TbFeCo薄膜的磁性質,探究發(fā)現電場能影響TbFeCo的垂直磁各向異性。
【學位單位】：華東師范大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TP333
【部分圖文】：

華東師范大學博士學位論文的電阻被改變，分別對應于穩(wěn)定的平行和反平行方向的結電阻，即定義了二進制存儲器的狀態(tài)。2006 年 7 月，飛思卡爾公司開始銷售第一個 4 Mb 的商業(yè) MRAM 芯片，一年后東芝和 NEC 公司宣布擁有 16 Mb，34 ns 讀寫周期的 MRAM 芯片[4]。顯然，有了合適的新技術概念的引入，大幅度提高數據的讀寫速度變得只是時間問題。

正如本文所展示的那樣，它的數據處理潛力遠遠超出了其簡單加熱的功能。隨著秒激光的應用，超快磁動力學成為推動磁科學技術發(fā)展的最熱門的研究領域。在究中，超快光學操控已經成為磁場脈沖的真正替代者，而飛秒激光操控亞皮秒量化翻轉使得磁存儲進入了一個嶄新的時代。.2 磁動力學.2.1 不同磁動力學過程的特征時間首先，我們有必要先了解磁動力學過程中會發(fā)生哪些物理過程以及它們所對應尺度，圖 1.2 展示了在特征時間尺度上發(fā)生的不同磁動力學過程[6]。該時間尺度海森堡方程 中的相互作用能 來決定。

時間尺度從幾 ns 到幾百微秒（μs）。.2 激光激發(fā)超快磁動力學當超短激光脈沖與磁有序的鐵磁材料相互作用時會發(fā)生什么？這個問題吸引研究者來進行探究。關于這個問題，在 1996 年，Beaurepaire 等[7]報道了一篇工作。他們發(fā)現 Ni薄膜被 60 fs的激光脈沖激發(fā)后，發(fā)生了亞皮秒量級的退磁過出三溫度模型（3T-model）來解釋。之后，雖然這一退磁過程已經被其他鐵磁屬（Fe，Co）及其合金所證實[8]，但關鍵問題是系統的磁矩為何可以如此迅速quenching），而它的總角動量卻保持守恒。在激光激發(fā)之前，同向排列電子的角動量；激光激發(fā)后，角動量會轉移到另一個自由度，如電子或晶格，來補償損失[9]。圖 1.3 給出了鐵磁材料被超短激光脈沖激發(fā)時能夠觀察到的一系列現我們通過在不同自由度之間的角動量轉移機制來進行討論。
【參考文獻】

相關期刊論文 前9條

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2 李芬;朱穎;李劉合;盧求元;朱劍豪;;磁控濺射技術及其發(fā)展[J];真空電子技術;2011年03期

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8 馬全紅,趙冰,張征林,朱爭鳴;原子力顯微鏡中探針與樣品間作用力及AFM的應用[J];大學化學;2000年05期

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相關博士學位論文 前1條

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本文編號：2846601