基于自旋转矩效应调制的高频软磁薄膜实现机理及制备研究

利用反铁磁/铁磁体系产生的交换偏置场提高软磁薄膜各向异性场，将软磁薄膜应用频段拓展到微波甚至更高，解决磁性元器件微型化、薄膜化、高频化这一电子系统集成瓶颈问题，使[反铁磁/铁磁/反铁磁]薄膜成为目前最具应用前景的一类高频软磁材料。由于铁磁/反铁磁所产生的交换偏置场为一界面效应，对材料性能、薄膜厚度、制备工艺等都相当敏感，难以有效控制。因此，如能在薄膜制备完成后利用电流诱导的自旋转矩效应，实现对其交换偏置场的有效调制，将大大降低其制备难度。因此，本项目首先旨在弄清电流诱导自旋转移磁化翻转对交换偏置场的作用机理，通过反铁磁/铁磁/反铁磁多层薄膜结构，实现自旋极化电流对交换偏置场的有效调制；其次，制备[反铁磁/铁磁/反铁磁]n多层薄膜，研究交换偏置场、极化电流及薄膜应用频段等的关系，将其应用频段拓展到5GHz；最后，掌握自旋转矩调制高频软磁薄膜频段的有效手段，实现薄膜频率5GHz以内的可控可调。

本项目以利用自旋转矩效应调制[铁磁/反铁磁]n薄膜界面磁矩，实现多层薄膜制备完成后调制高频软磁薄膜高频特性为研究核心。研究中，首先开展了反铁磁/铁磁体系自旋转矩对交换偏置场控制的物理机理研究，确定交换偏置场大小与面内单轴各向异性场的关系；其次开展了NiFe（CoFe）/FeMn(IrMn)铁磁/反铁磁材料体系、薄膜厚度、界面微结构、溅射气氛对交换偏置场影响研究，发现超低气压溅射有助于降低铁磁材料矫顽场，提高交换偏置场，进而提高单轴各向异性场，拓展高频软磁薄膜的共振频率高于3GHz；在优良软磁薄膜制备的前提下，发现利用自旋转矩效应对交换偏置大小及方向的调制，可方便的在薄膜制备完成后实现铁磁/反铁磁材料单轴各向异性场及高频软磁薄膜共振频率的调制，实现了3-5GHZ频率范围内高频软磁薄膜共振频率的调制；进一步，发现在[铁磁/反铁磁]n多层体系中可利用自旋转矩效应对顶层交换偏置场的调制，实现了共振频率带宽的展宽，最终利用该效应实现了带宽可调的高频噪声信号抑制器。基于本项目研究工作的开展，共发表研究论文X篇，SCI检索8篇，EI检索8篇，申请国家发明专利8项，授权2项，并获得了一项教育部自然科学二等奖。