传统磁光薄膜的特性

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传统磁光薄膜的特性

为了在薄膜上获得分离良好的磁性区域，在X射线光刻过程中使用掩膜，如图1所示，然后通过离子束蚀刻去除薄膜的未保护部分。由于需要确保垂直磁化方向，因此需要进行MOKE测量以检查薄膜的质量。这种磁性表征是可能的，因为这些薄膜的磁化方向对光偏振方向有很强的依赖性，并且薄膜与背景反射率的比例很高。其他互补的表征技术，如反射高能电子衍射，通过指示外延生长，提供了对薄膜光学质量的进一步了解。x射线衍射研究表明材料是否具有晶体织构，因为通常需要具有高度织构且易于磁化轴垂直于薄膜的材料(图2)。

图1

图2

在这一点上，应该强调的是，传统磁光薄膜的磁性是连续的，而其他磁性薄膜，如传统磁性记录磁带中使用的磁性薄膜，由于交换耦合，形成位的磁性颗粒彼此分离。因此，传统的磁光薄膜允许更高的存储密度，在薄膜上封装更多的比特。例如，在磁光记录的黄金年代，磁光盘薄膜上的数据存储标记由由约8 nm的磁壁隔开的磁畴组成，其中标记宽度约为170 nm，典型面密度为100 Gbits/in²。磁光薄膜的另一个优点是，它们具有更好的热稳定性，传统的磁记录磁带由于在热激活下自发发生的单畴粒子的磁化逆转而存在热稳定性问题。因此，使用磁光介质的好处在于，壁运动的能垒是热激活能kT的320倍，这意味着磁光介质中磁壁的热稳定性高于具有垂直磁化膜的传统磁带。

尽管有这些优点，但人们注意到，传统磁光材料存在一些固有的问题，这些问题阻碍了它们在过去几十年乃至今天的继续使用。例如，人们注意到，在热磁写入过程中，当一个域被写入时，似乎会发生结构相变。当这种情况发生时，薄膜的局部写入区从具有较大磁光效应的低温相转变为具有弱磁光效应的淬火高温相(图3)。不幸的是，这种亚稳猝灭过程在几个读/写周期后导致磁光信号显著下降。因此，为了避免结构过渡到高温相，需要更多的热力学稳定的磁光材料。例如，通过将高磁光活性材料(如MnBi)与热力学稳定的化合物(如MnSb)结合，可以获得优越的磁光性能。因此，对MnBi_1-xSb_x，0≤x≤0.4，表明只有Mn含量超过50%的化合物才表现出良好的磁光性能，这强调了将这种特殊元素作为混合物的一部分的重要性。另一方面，为了获得垂直各向异性和大于0.5°的Kerr旋转角，必须保持Sb浓度较低，4-8%的底物依赖性。

MnBi - MnSb体系融合了MnBi的垂直各向异性，因此具有相当高的Kerr效应，而MnSb的热力学稳定性幸运的是没有经历结构转变到高温相。这两种铁磁性化合物的结构相似性使得它们在多晶体或薄膜样品中都能很好地结合。所获得的样品是多晶还是外延生长在很大程度上取决于衬底的选择;然而，它们的磁光特性主要是由具有垂直定向磁化的能力决定的。另一方面，磁性材料的矫顽力与衬底的选择以及薄膜的微观结构细节有很强的依赖性。多年来，许多实验室对合金的结构、磁性和磁光特性进行了系统的研究，以获得最佳化合物。此外，随着制造技术的改进，例如溅射沉积，分散在聚合物基质中的特殊性质颗粒被获得，为新型磁光材料铺平了道路，使其与传统的薄膜方法保持距离。对传统磁光合金的改进，以及目前新型和增强型磁光材料的一些研究成果通常以纳米级粒子的形式出现。

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