高性能Sm-Co/Fe纳米复合永磁多层膜研究

稀土永磁材料是一类重要的功能材料，已被广泛用于全球的支柱产业和其它高新技术产业中。纳米复合永磁多层膜是当前稀土永磁材料研究的重点之一。理论计算表明，它可以发展成新一代的永磁材料，但实验和理论相差较大。本项目将以如何提高纳米复合永磁多层膜的磁性能为研究目标，研究解决制备高性能纳米复合永磁多层膜的一些基本问题。将深入研究Sm-Co/Fe纳米复合永磁多层膜中多层膜结构的温度稳定性，确定影响多层膜结构温度稳定性的关键因素；研究硬磁相层和软磁相层厚度、元素的添加、微结构对磁性能如矫顽力、剩磁和磁能积以及交换耦合和矫顽力机制的影响，实验结果将与已有一维模型理论相比较，以深入理解纳米复合磁体的交换耦合和矫顽力机制，制备出高磁性能纳米复合永磁多层膜；并研究其磁性能的温度稳定性，以利其在微型机械中的应用。

永磁材料具有非常广泛的应用。我国已成为全球最大的稀土永磁生产基地，也是重要的稀土永磁应用市场。纳米复合永磁材料是一类非常重要的永磁材料，具有非常高的理论磁能积，最有希望发展成新一代永磁材料；另外，它具有较低的稀土含量，在成本和抗腐蚀等方面也具有优势。各向同性纳米复合永磁材料已经得到实际应用，用于微特电机。理论计算表明，纳米复合多层膜具有很高的磁能积；此外，薄膜材料相比块体材料，可以更精确调节硬磁相、软磁相和界面相的尺寸和成分，且可与常用一维理论模型相比较，所以可以更深入理解纳米复合永磁材料的磁性机理。通过本项目资助，系统研究了基底、沉积和退火条件对永磁薄膜的影响，制备出高质量单相稀土永磁薄膜，在此基础上，系统研究了硬软磁相厚度和非磁性界面层对Sm-Co/Fe纳米复合永磁多层膜磁性能的影响。发现很薄非磁性Cr界面层（0-0.4nm），可提高纳米复合永磁材料矫顽力，而不会破坏硬软磁间的交换耦合，所以磁能积得到提高。实验和理论计算结合，获得了硬软磁间交换耦合强度随非磁性Cr层厚度的变化规律，发现铁磁相间的铁磁交换耦合强度随非磁性层厚度的衰减长度在0.6-0.8nm的尺度范围内，研究结果对理解永磁及铁磁材料的磁性机理，设计高性能稀土永磁材料及其它磁性材料器件具有重要的意义。