钌铬复合层配比变化影响磁性材料性能
在过去的二十年中,Co及其合金薄膜因在信息产业中作为磁记录介质的使用备受关注。由于磁记录介质的粒子越来越微细化,其交换作用减小,相对热能kBT(kB:波尔兹曼常数,T:温度)而言,保持记录单元磁矩稳定的磁能KuV(Ku:磁各向异性常数,V:记录单元体积)减小,容易出现热不稳定性。因此,为了避免磁记录介质的热不稳定性,必须使用高磁晶各向异性能的磁性材料。Co-W二元合金薄膜具有hcp晶体结构和较高的磁各向异性值Ku(K1=4.5×105J/m3),且在其亚稳态溶解度间隙内也发生磁诱发相分离现象。第一原理计算结果和Co及Co基合金的实验结果证实,晶格畸变显著影响各种材料的磁晶各向异性。磁各向异性常数Ku与晶格常数比c/a之间存在一定的关系,随着c/a的减小磁各向异性能一级常数K1值显著增加。hcp-Co晶粒的晶格常数a和c以及晶格常数比c/a,主要是通过改变Co和Co基合金磁性薄膜的成分及厚度实现。成分和膜厚的变化导致较为明显的晶格畸变,从而显著地改变了磁各向异性能Ku。
东北大学王建军等人用直流磁控溅射在300℃不同Ru-x% Cr(x=0, 20, 40)下底层沉积制备了Co-15%W(原子分数)磁性薄膜。用XRD表征了薄膜的精细晶体结构, 分析了Co-W和Ru-Cr层的取向关系, 估算了薄膜层的晶格常数、c轴分散角、fcc/hcp体积百分比和堆垛层错密度值。结果表明, 随着Ru-Cr下底层Cr成分的增加Co-W磁性层和Ru-Cr下底层间的晶格错配度降低, hcp-Co的晶格常数比c/a随之减小。磁性能测试结果证实, 由于Co-W磁性层中晶格常数比c/a的减小磁性层的磁各向异性能显著提高。