梯度各异性高密存储介质的制备和磁性研究

由于磁记录介质具有容量大、存储速度快和性价比高等优点，一直是凝聚态物理、材料科学和信息存储领域的研究热点。如何克服超顺磁效应而进一步提高存储密度是近年来困扰信息存储的一大难题。最近理论研究表明通过畴壁传播实现磁化强度翻转的梯度各向异性磁记录介质在解决这一难题上极具前景，然而到目前为止还未见有相关的实验报道。在本项目中，我们提出了制备具有梯度各向异性的高密磁记录介质的方案，通过优化样品制备条件，制备出成分梯度变化的磁记录介质，获得所需的梯度磁晶各向异性。通过对样品成分、微结构和磁特性进行详细表征，结合微磁学模拟和第一性原理数值计算等理论方法，深刻理解纳米尺度范围内磁化强度的翻转机理，获得通过畴壁传播实现磁化强度翻转的新一代磁记录介质，为信息存储突破存储瓶颈打下坚实基础。

本项目针对梯度各向异性分布的磁记录介质进行了系统的研究，首先利用磁控溅射方法制备了一系列不同磁晶各向异性梯度分布和不同厚度的FePt薄膜，并利用电子束曝光、刻蚀成纳米柱阵列，利用XRD、SEM、AGM、SQUID等手段对所制备的FePt薄膜及纳米柱阵列的结构、成分、各向异性等关系进行了详细的表征研究。研究发现各向异性梯度分布样品的矫顽力明显减少，且其热稳定性还比较高，很适合用于磁记录方面的应用。我们还用电化学方法生长具有梯度成分分布的CoPt纳米线，并对其进行快速退火从而获得具有梯度各向异性分布的CoPt纳米线材料。我们也利用XRD、SEM、AGM、SQUID等手段对所制备的梯度各向异性分布的CoPt进行了结果与性能表征，我们研究发现对于一维情况下的CoPt纳米线，它的各向异性分布及翻转场更接近于理论模拟的结果，在保持相同热稳定性的条件下，它的翻转场更小。我们也利用微磁模拟方法，对生长的具有梯度各向异性分布的FePt和CoPt材料的MH曲线进行模拟，特别是对其翻转场与实验结果进行了对比。在微磁模拟中考虑了退磁场、边界效应、静磁场等实际中会对样品MH曲线产生影响的条件。从模拟结果可看出，具有梯度各向异性分布的材料的矫顽场和翻转场的确会比具有均一各向异性的材料的小，与实验结果很好相符合。该研究结果对于超高密磁记录的进一步发展具有重要的实用价值。研究期间发表了9篇论文，另外还有3篇密切相关论文待审核、发表，还有一项专利也在提交中，完成了项目预订的目标。