[发明专利]一种垂直负矫顽力人工磁耦合结构材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种由亚铁磁稀土‑过渡合金薄膜I、非磁性间隔层和亚铁磁稀土‑过渡合金薄膜II依次生长而成的人工磁耦合结构材料及其制备方法，亚铁磁稀土‑过渡合金薄膜II是和薄膜I同样的稀土‑过渡合金材料，通过相同的磁控溅射过程控制不同的沉积厚度制得。亚铁磁稀土‑过渡合金薄膜I厚度为20‑30nm，是富稀土相，易磁化方向垂直膜面；亚铁磁稀土‑过渡合金薄膜II厚度为3‑6nm，是富过渡相，易磁化方向为面内或者倾斜接近膜面。利用层间交换耦合作用，可实现人工结构材料的垂直负矫顽力，制备工艺简单，材料性能稳定，可以作为一种新型的磁电、磁传感器件及信息存储材料。

技术领域

本发明属于交换耦合磁性多层薄膜及其制备方法，可应用于磁电与磁传感器件以及信息存储材料领域，涉及一种垂直磁电器件薄膜材料及其制备方法。

背景技术

当前随着新兴磁自旋电子学的快速发展，具有垂直磁各向异性、高稳定性的亚铁磁稀土-过渡合金薄膜材料在高密度、低功耗的磁存储与磁传感器件领域得到广泛应用。磁存储与磁传感器件要求亚铁磁稀土-过渡族合金薄膜具有非常不同的垂直矫顽力，满足不同的功能要求。因此寻找具有大变化范围甚至负垂直矫顽力的稀土-过渡族合金薄膜的制备方法，在当前磁电信息存储及磁传感器领域具有重要意义，并有可能产生巨大的经济效应。

利用层间交换耦合效应在磁多层膜系中有可能实现负矫顽力。J-M.L.Beaujour[J-M.L.Beaujouret al,Appl.Phys.Lett.78,964(2001)]等在面内易轴的单晶DyFe₂/YFe₂多层膜体系中报道了低温(20K)负矫顽力现象。X.X.Liu[X.X.Liu et al,IEEETrans.Magn.45(10),4100(2009)]等在Ni/TbFeCo/Ni三层结构中报道了室温负矫顽力。这两种体系中都是利用两种不同磁性薄膜之间的反铁磁耦合作用实现的负矫顽力。高外磁场下，层间反铁磁耦合作用导致多层膜体系中出现较大的交换耦合能。该交换耦合能可以克服赛曼能的变化在外场还未过零反号时就可实现饱和磁化强度大的软磁层先发生反转从而实现体系的负矫顽力。

发明内容

本发明是对传统稀土-过渡合金族薄膜及其制备方法的改进，提出一种新型的垂直负矫顽力的人工磁耦合结构材料及其制备方法。通过层间交换耦合作用，实现制备的人工磁耦合结构材料的垂直矫顽力为负值。成本低廉，制备周期短，满足不同磁电器件及磁传感器件的要求。

本发明的技术方案为：

一种垂直负矫顽力人工磁耦合结构材料，包括依次层叠的亚铁磁稀土-过渡合金薄膜I、非磁性间隔层和亚铁磁稀土-过渡合金薄膜II；所述亚铁磁稀土-过渡合金薄膜I和亚铁磁稀土-过渡合金薄膜II是XFeCo合金薄膜，其中X是稀土元素Tb、Dy或Gd；所述亚铁磁稀土-过渡合金薄膜I厚度为20-30nm，其稀土元素X的子晶格磁矩占优，易磁化方向垂直膜面；所述非磁性间隔层的厚度为1-4nm；所述亚铁磁稀土-过渡合金薄膜II的厚度为3-6nm，其过渡元素的子晶格磁矩占优，易磁化方向为面内或者倾斜接近膜面。

优选的，所述TbFeCo合金薄膜的Tb元素成分不低于25％，DyFeCo合金薄膜的Dy元素成分不低于26％，GdFeCo合金薄膜的Gd元素成分不低于26％。

优选的，所述间隔层是Cu、Ru、Ta、Pd、Pt、SiN、AlN或MgO。

一种上述垂直负矫顽力人工磁耦合结构材料的制备方法包括以下步骤：

1)将高纯度稀土X贴片与铁钴合金靶组成的复合镶嵌靶或者三元XFeCo合金靶放入磁控共溅射室的靶位；

2)将清洗烘干后的基片安置固定于真空溅射室的基片台上，调节靶基距为4-8cm；