铁磁性金属-半导体纳米颗粒薄膜的高频软磁特性研究

我们拟利用磁控溅射法制备由铁磁性金属（FeCo，FeNi）弥散地分布在半导体（ZnO、SnO2）介质中构成的纳米颗粒薄膜样品。通过改变铁磁性金属的体积分数x来调制样品微结构，以获得优异的软磁特性，从而制备出系列的新类型的纳米软磁颗粒膜。利用XRD和TEM分别研究薄膜的结构和微结构及其二者随x变化的关系；用VSM、SQUID表征宏观磁性，得到矫顽力、饱和磁化强度、磁各向异性场随x的变化规律；尤其要深入研究在高频环境下此类铁磁性金属-半导体纳米颗粒膜磁导率随微波场频率的变化关系，通过改进制备条件获得优异的高频性质，为此种材料在高频传感器上获得应用进行探索性地研究；研究薄膜样品的电子输运性质，并结合微结构、磁性研究进一步定量地分析磁性颗粒间铁磁相互作用的机理及其与软磁性质之间的关系。本项目可大大拓展纳米颗粒膜的研究领域，具有重要的学术意义和应用价值。

在过去的几十年，国内外学者对于软磁薄膜材料做了大量研究，并取得大量研究结果，特别是最近十年，人们在铁磁金属-绝缘体纳米颗粒膜系统（magnetic metal-insulator granular films (MIGF)）研究中取得长足进展，获得良好的高频软磁特性。但是对于铁磁金属-半导体纳米颗粒膜系统（magnetic metal-semiconductor granular films (MSCGF)），目前人们并没有将大量的精力投入到其高频性质的研究。半导体其电导特性明显区别于绝缘体，将其做为铁磁颗粒间的介质，整体薄膜材料的软磁性及高频性质会产生怎样的变化呢？基于这一核心问题，50901050项目做了大量工作，并取得新的发现及重要研究结果。重要研究结果包括：（1）经过(Fe25Ni75)x-(ZnO)1-x系统和(Fe25Ni75)x-( SiO2)1-x系统的研究对比，我们发现(Fe25Ni75)x-(ZnO)1-x系统可以在宽体积分数0.50 < x < 0.90范围内获得好的高频软磁特性，而(Fe25Ni75)x-( SiO2)1-x系统在0.75 < x < 0.90的范围内才可能表现出好的高频性质。这一现象与ZnO介质有着重要的联系，本课题做了定性解释。对于(Fe65Co35)x-(ZnO)1-x系统中，在宽的体积分数x范围内，我们同样获得了很好的高频性质及软磁性质。（2）有趣的是，在颗粒间介质ZnO为结晶态的情况下，薄膜仍有好的高频软磁特性，而人们以往的研究经验则是：磁性纳米颗粒分布在非晶态氧化物介质中是实现软磁性的一项必要条件。而我们的新发现打破了以往的旧经验，制备出磁性纳米颗粒分布在晶态氧化物介质中的软磁性纳米颗粒薄膜，并且具有很好的高频性质。（3）我们在铁磁金属-氧化物颗粒膜系统中发现了旋转磁各向异性，而以前旋转各向异性只在稀土元素掺杂的铁磁合金软磁薄膜中才能发现；在(Fe25Ni75)x-(ZnO)1-x系统中，随着Fe25Ni75的增加，磁各向异性由面内单轴磁各向异性转变为垂直磁各向异性，且条纹畴结构出现。（4）在(Fe25Ni75)x-(ZnO)1-x系统中，随着膜厚的增加，样品的高频软磁特性随着膜厚增加而越来越好，在传统的结论中，人们认为膜厚增加导致柱状晶的出现，从而破坏软磁特性，在我们的系统中，并没有这个结论。

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