Cu、Al掺杂对SmCo薄膜磁性能的影响

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SmCo5因其具有极高的磁各向异性常数,能够有效保持微小晶粒的热稳定性,是实现超高密度垂直磁记录的候选材料之一。在SmCo5晶体中,Sm、Co各原子间具有强交换耦合作用,不利于磁性能的提升。且SmCo5薄膜晶粒尺寸较大,不能满足超高密度磁记录介质的要求。而对SmCo5进行元素掺杂能够有效减小晶粒尺寸、隔离晶粒并且减小交换作用,这对于改善SmCo薄膜磁性能具有十分重要的意义。  本文首先介绍了薄膜制备的基本工艺流程,阐述了对薄膜磁性能和微结构的相关分析测试方法。然后从理论和实验两方面分别研究Cu、Al掺杂对薄膜磁性能的影响规律。理论计算部分采用基于第一性原理的OpenMX软件,分别计算了在Co(2c)和Co(3g)两种替位方式下Cu掺杂对SmCo5的交换关联常数和居里温度的影响趋势。实验部分对SmCo5进行可控的Cu、Al掺杂,分别研究两种元素掺杂条件下SmCo5的磁性能随掺杂量变化的规律,得到最佳掺杂比例。同时,结合对薄膜微结构的相关分析,来阐释磁性能提升的原因。  理论计算结果表明,Cu优先取代Co(2c)位,能够有效减小SmCo5的交换关联常数和居里温度,从而提高矫顽力。实验分析结果表明,当Cu掺杂量为28.7at%时,垂直矫顽力达到最大值3796Oe。当Al掺杂含量为17.2at%时,其垂直矫顽力可达到3492Oe。晶化后元素掺杂的SmCo5薄膜呈现一定的(111)、(00l)织构,晶粒尺寸降低至31.2nm,且呈现明显的柱状结构可提供更多的畴壁钉扎位,大幅度提高了薄膜的垂直矫顽力。
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