FeTaC/SiO2多层薄膜中磁化反转动力学与软磁性能的调控研究

本文系统探讨了SiO2间隔层的层数（n）与厚度（z）对FeTaC/SiO2多层薄膜磁性能的影响。研究发现，间隔层的引入可将单层厚膜（>50 nm）的跨临界磁滞回线转变为矩形回线，显著降低矫顽力（HC）和饱和场（HS），并提升剩磁比（MR/MS）。通过分析不同角度的克尔（Kerr）回线，揭示了层间耦合强度对磁化反转动力学及磁畴结构的调控作用，为设计高性能磁电器件提供了重要依据。

　　

Highlight

我们的研究亮点在于系统阐明了间隔层参数（层数n与厚度z）对FeTaC/SiO₂多层薄膜磁性能的调控机制。间隔层的引入成功地将厚FeTaC单层膜中出现的跨临界磁滞回线转变为具有单步或多步磁化反转特征的矩形回线。这不仅显著降低了矫顽力（H_C）和饱和场（H_S），还提高了剩磁与饱和磁化强度之比（M_R/M_S）。磁畴构型分析显示，不同角度下的克尔（Kerr）回线揭示了横向分量的作用，该分量随相邻层间耦合强度的变化而变化。

Experimental details

100 nm厚的单层Fe₈₀Ta₈C₁₂合金薄膜以及Fe₈₀Ta₈C₁₂/SiO₂多层结构均采用直流（DC）和射频（RF）磁控溅射技术沉积在热氧化硅衬底上。其中，Fe₈₀Ta₈C₁₂是一种铁基合金（简称FeTaC合金），下标80、8和12分别代表Fe、Ta和C的重量百分比。所有多层薄膜均使用Fe₈₀Ta₈C₁₂溅射靶材作为铁磁层，SiO₂作为非磁性间隔层进行制备。

Results and discussion

图1展示了在室温下沿薄膜平面测量的厚FeTaC（100 nm）薄膜和多层FeTaC/SiO₂薄膜的归一化磁滞（M-H）回线。从磁滞回线中提取了磁学参数，如矫顽场（H_C）、饱和磁场（H_S）以及剩磁（M_R）与饱和磁化强度（M_S）的比值（M_R/M_S），并将这些参数相对于间隔层厚度（z）和多层数（n）的关系绘制于图2中。具有不同间隔层厚度的回线...

Conclusion

所有沉积态薄膜均通过直流（DC）和射频（RF）磁控溅射技术制备。通过系统改变层数、间隔层厚度和测量时的温度，研究了其磁学参数和磁化反转行为。对于单层FeTaC（100 nm）薄膜观察到的跨临界回线，根据间隔层的厚度和数量，转变为具有一个或多个台阶的矩形磁滞回线。层间的强耦合...