图形化多层铁磁薄膜的微磁学模拟与电输运性质研究

The practical applications of the ferromagnetic film with high permeability in microwave field are limited by its highly conductive characteristic. The patterned multilayer structures provide a new way of thinking for the applications of these materials. The physical interactions between the pattern units or between each layer are ignored in the analytical methods by effective medium theory. In order to avoid such an approximation, the research will start from the material internal state of distribution of magnetic moments, the variation of the magnetic domains, as well as the migration of electrons to study these microscopic physical quantities impact on the macroscopic electromagnetic properties of patterned multilayer. FeCo-based ferromagnetic film will be the main object in the research. Magnetization, magnetization reversal and electrical transport process will be the research emphasis. The internal distribution of magnetic moments and magnetic domains of the patterned multilayer will be explored. The influence to electron migration process by the distribution, shape, dimensions of the pattern units will also be studied. We will commit to propose a method for adjusting the electromagnetic parameters of the pattern multilayer. And to provide technical guidance and technical support for the development of high sensitive components and the electromagnetic radiation control materials in high frequency field.

高导电特性限制了高磁导率铁磁薄膜在微波领域的实际应用，图形化多层结构为这类材料的应用设计提供了一条新的思路。为避免常规的电磁参数等效研究方法对图形单元之间、各膜层之间相互物理作用的忽略，本项目从材料内部磁矩分布状态、磁畴变化规律以及电子迁移等方面出发，研究这些微观物理量对图形化多层复合材料宏观电磁性能的影响。项目以FeCo基铁磁薄膜为主要研究对象，重点研究微图形之间以及多层膜间的磁化与反磁化过程、电输运过程，探索图形化多层薄膜内部磁矩分布与磁畴变化规律，以及在这种多相复合体系中，图形相的分布、形状、尺寸等对电子迁移过程的影响规律，最终提出一种图形化多层铁磁薄膜宏观电磁性能的调控设计方法，为开发高频磁敏感元器件及电磁辐射控制材料提供技术指导与技术支撑。

高导电特性限制了高磁导率铁磁薄膜在微波领域的实际应用，图形化多层结构为这类材料的应用设计提供了一条新的思路。本项目从材料内部磁矩分布状态、磁畴变化规律以及介电性能等方面出发，研究了这些微观物理量对图形化多层复合材料宏观电磁性能的影响。项目以FeCo基铁磁薄膜为主要研究对象，重点研究了纳米尺度的环、条纹、方块等微图形之间以及多层膜间的磁化与反磁化过程、电输运过程，探索了图形化多层薄膜内部磁矩分布与磁畴变化规律，以及在这种多相复合体系中，图形相的分布、形状、尺寸等对介电性能的影响规律，并将其与宏观等效电磁参数的研究方法相对比，将图形间的微观耦合、层间作用、图形的各向异性、磁化反转模式等因素考虑进去，最终提出一种图形化多层铁磁薄膜宏观电磁性能的调控设计方法，为开发高频磁敏感元器件及薄膜型电磁吸波材料提供技术指导与技术支撑。发表SCI期刊论文13篇，培养硕士研究生5人，博士研究生3人。本项目主要意义如下：（1）建立了图形化多层铁磁薄膜基本物理模型，应用OOMMF微磁学软件，在建立物理模型的基础上研究了图形单元结构、多层结构、膜厚等对铁磁薄膜的磁特性及畴转过程的影响规律，反映出铁磁材料内部的磁矩分布和磁畴的反转情况，获得铁磁材料宏观性质和微观结构参数之间的关系。（2）基于复合体系的离散模型，建立了图形化多层铁磁薄膜电磁计算模型。讨论了铁磁图形单元与空气隙、铁磁图形单元与介质层的边界磁电阻效应随图形单元的尺寸、形状的变化规律。（3）分析了图形单元形状、尺寸、膜厚对电、磁两方面性能的影响，提出电磁性能调控方法。（4）采用磁控溅射工艺制备了不同尺度铁磁多层图形薄膜，表征了薄膜微结构，并测试了研制的图形化多层膜的电性能，比较了图形化前后、多层膜与单层膜之间电性能的差异。