ACMP 凝聚态物理的进步 1687 - 8124 1687 - 8108 Hindawi 10.1155 / 2017/4296243 4296243 研究文章 微观结构和磁性的钕铁硼电影Nd表面扩散过程 刘 二食堂 1 http://orcid.org/0000 - 0002 - 5674 - 7686 张 Mingang 1 http://orcid.org/0000 - 0001 - 8974 - 8741 张 Kewei 1 柴 “ 1 陈 无非 材料科学与工程学院 先进材料研究所 太原科技大学 太原030024 中国 tyust.edu.cn 2017年 18 01 2017年 2017年 04 10 2016年 05年 12 2016年 19 12 2016年 18 01 2017年 2017年 版权©2017文峰刘et al。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

Ta / Nd /钕铁硼Nd / Ta电影是由磁控溅射沉积在Si(100)的基础上,随后真空退火30分钟在923 K。发现的微结构和磁性Ta / Nd /钕铁硼Nd / Ta电影强烈依赖于钕铁硼层厚度。随着钕铁硼层厚度增加,晶粒尺寸和应变首先降低,然后增加。钕铁硼层厚度为750 nm时,应变达到最小值。与此同时,平面和垂直矫顽力首先大大增加,然后慢慢减少与钕铁硼层厚度增加。可以获得最高的平面和垂直矫顽力在750 nm的钕铁硼层厚度,分别是21.2 kOe和19.5 kOe。此外,高剩磁比(剩余磁化强度/饱和磁化)的0.87也可以实现在Ta / Nd /钕铁硼(750海里)/ Nd / Ta的电影。

 中国国家自然科学基金 51305290 山西省高等教育技术创新项目 2013133 基金项目的科学活动选择返回山西省海外专业人士 2015003 山西奖学金委员会 2013 - 098 山西省研究生联合培养项目 2016年jd36 1。介绍

钕铁硼永磁电影广泛关注由于其优秀的硬磁特性和潜在的应用在微机电系统(MEMS)、微磁设备,磁记录媒体( 1- - - - - - 6]。相对较低的矫顽力和热稳定性差的实际障碍应用钕铁硼的电影。提高性能的一个主要方法是增加室温的矫顽力,可抑制退磁在更高的操作温度。

提高矫顽力永磁电影,许多研究报告。Fukagawa等人报道,后溅射金属钕钕铁硼磁体表面和随后的退火的fcc界面表面之间形成阶段是谷物和Nd层,导致表面矫顽力的恢复( 7]。金等人报道,由Nd Nd元素扩散层进入钕铁硼层厚度比的高矫顽力达到Nd /钕铁硼≥1。然而,一个相当低的钕铁硼硬磁相存在于电影的内容( 8]。李等人报道的矫顽力(钕铁硼/ Nd)4电影是相当增加因为Nd元素有效地扩散 9]。

在这个工作中,Ta / Nd /钕铁硼Nd / Ta电影准备在Si(100)通过磁控溅射基片。钕铁硼层厚度的影响的微观结构和磁性Ta / Nd /钕铁硼Nd / Ta电影是系统地调查。可获得高平面和垂直矫顽力助教/ Nd /钕铁硼(750海里)/ Nd / Ta电影,分别是21.2 kOe和19.5 kOe。0.87的高剩磁比电影中也可以实现。

 2。实验的程序

Ta / Nd /钕铁硼Nd / Ta电影由FJL560II超高真空磁控溅射系统在Si(100)基板。在这里,Nd层厚度是固定在250海里。助教下层60 nm和Ta coverlayer 60海里被用来抑制氧化钕铁硼的电影。纯Nd(99.9%)和助教(99.95%)的目标。钕铁硼的目标层是一个商业N33H钕铁硼烧结B-chips目标。底部沉积室的压力为2.0×10−4爸和高纯氩气体中介绍了溅射。钕铁硼层的组成和决心10.73菲84.01B5.26由热系统7能量色散谱仪(EDS)。as-deposited电影随后退火30分钟在923 K的真空。

电影的结构分析了Bruker-D8 x射线衍射(XRD)和铜K α辐射。厚度的特点是地产- 7001 f场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)。磁性测量的量子设计振动样品磁强计(VSM)的最大应用领域30 kOe。

 3所示。结果与讨论

图 1显示了x射线衍射模式Ta / Nd钕铁硼( x 海里)/ Nd / Ta ( x = 450600750900年 )的电影。的突出特征峰(222)、(114)、(312)和(410)可以明显看到x射线衍射模式,说明正方Nd的形成2菲14B阶段。除了上述的山峰,Nd山峰也清楚地观察到x射线衍射模式,由于Nd层的存在。

XRD模式Ta / Nd钕铁硼( x 海里)/ Nd / Ta ((a) x = 450年 ;(b) x = 600年 ;(c) x = 750年 ;(d) x = 900年 )的电影。

可以利用XRD来评估与微晶尺寸和晶格应变峰值展宽由于位错 10]。Williamson-Hall (W-H)分析 11]认为贡献谱线增宽的微晶尺寸和晶格应变是相互独立的,都有一个Cauchy-like概要;最后一行宽度之和 (1) β h k l = β 年代 + β D , (2) β h k l = k λ D 因为 ⁡ θ + 4 ε 棕褐色 ⁡ θ 。 重新安排( 2),我们得到 (3) β h k l 因为 ⁡ θ = k λ D + 4 ε 罪 ⁡ θ , 在哪里 D 平均晶粒尺寸, K 是形状系数(0.9), λ 的波长 C u k α 辐射, ε 是压力。压力被认为是均匀的晶体的方向。如图 2, β 因为 ⁡ θ 策划对吗 罪 ⁡ θ 对Nd2菲14B高峰Ta / Nd /钕铁硼Nd / Ta的电影。晶粒尺寸和应变的计算 y 分别拟合线的截距和斜率。图 3显示了晶粒尺寸的变化和应变与钕铁硼层厚度在Ta / Nd /钕铁硼Nd / Ta的电影。钕铁硼层厚度增加从450纳米到900纳米,晶粒尺寸和应变首先降低,然后增加。钕铁硼层厚度为750 nm时,应变达到最小值,等于0.0016。

的情节 β 因为 ⁡ θ 与 罪 ⁡ θ 助教/ Nd钕铁硼( x 海里)/ Nd / Ta ((a) x = 450年 ;(b) x = 600年 ;(c) x = 750年 ;(d) x = 900年 )的电影。

晶粒尺寸的变化和应变与钕铁硼层厚度在Ta / Nd /钕铁硼Nd / Ta的电影。

图 4显示了依赖的矫顽力永磁层厚度在Ta / Nd /钕铁硼Nd / Ta的电影。钕铁硼层厚度增加从450纳米到750纳米,平面和垂直矫顽力显著增加。然而,当钕铁硼层厚度进一步增加到900海里,平面和垂直矫顽力逐渐减少。当钕铁硼层厚度为750 nm,平面和垂直矫顽力达到最大值,分别是21.2 kOe和19.5 kOe。可以解释,压力是最小的钕铁硼层750海里,这是有利于钕铁硼的结晶。

依赖的矫顽力永磁层厚度在Ta / Nd /钕铁硼Nd / Ta的电影。

图 5显示了平面和出平面磁滞回路Ta / Nd钕铁硼(750海里)/ Nd / Ta的电影。见图 5,平面,平面外kOe kOe矫顽力达到21.2和19.5,分别。0.87的高剩磁比平面磁滞回线也可以注意到,这也是重要的永磁薄膜的应用。非常有趣,平面外磁滞回线显示了一个扭结在原点附近,意味着非耦合软磁性颗粒的存在,成为更重要的外磁场时应用在平面外方向( 12]。此外,平面外磁滞回线显示了两个类型的初始磁化行为与第一阶段磁化的磁化率紧随其后的第二个低敏感性,这也表明独立分开软磁性颗粒的磁化。赵等人提出,铁很可能发生在钕2菲14B这许多单相材料实际上时履行的 13]。

磁滞回路Ta / Nd钕铁硼(750海里)/ Nd / Ta的电影。

微磁模型应用于澄清永久和复合材料的矫顽力机制。矫顽力是一个线性的函数 H 一个 ( 14]: (4) H C 我 T = α H 一个 T - - - - - - N e f f 米 年代 T 。

在这里, H 一个 各向异性场, H 一个 = 2 K 1 / 米 年代 ,这是理想的矫顽力的连贯的旋转磁隔离单畴粒子。 米 年代 饱和磁化。 α 和 N e f f 是microstructure-dependent参数。的参数 α描述了各向异性场由于减少晶体缺陷的存在磁颗粒表面的不均匀区域和错位的谷物。的参数 N e f f 描述了当地退磁字段,它帮助改变域的成核作用下逆应用领域。对温度的依赖关系 K 1 获得从敢和Kronmuller [ 15]。图 6显示的依赖 H C 我 / 米 年代 在 H 一个 / 米 年代 助教/ Nd /钕铁硼( x 海里)/ Nd / Ta ( x = 450600750900年 )的电影。微磁参数 α和 N e f f 拟合的最小二乘法和如图 6。它可以注意到 α助教/ Nd /钕铁硼(750海里)/ Nd / Ta电影是0.257,这是比其他Ta / Nd /钕铁硼Nd / Ta的电影。这表明减少扭曲的区域的大小和/或相当释放的界面不合群的钕铁硼层750海里( 16]。赵等人提出了一个self-pinning矫顽力机制,整合当地元素的初始成核过程和后续传播畴壁的主要阶段( 13, 17]。这样的机制是首先提出了软硬多层复合和永久nanomagnets然后扩展。缺陷在所谓的单相永久磁铁作为成核和固定中心,中扮演重要角色的类似于软阶段软硬复合系统。这种self-pinning归因于内在参数的变化与相变有关的接口。特别是,足够大的软颗粒/缺陷,将字段可以表示为 H P = α H K ,在那里 H K = 2 k / 米 年代 各向异性场和吗 α 取决于材料参数和微磁结构。的系数 α 减少的体积占领软阶段增加。对于一个exchange-coupled Nd2菲14B - α铁系统参数的突变界面, α = 0.1 。的永久磁铁少量的软颗粒存在, α -0.3 = 0.2。作为显示在图 6, α值在0.196和0.257之间,这是永久磁铁与理论值一致,表明软颗粒的存在。这是符合结果得出结论从图 5。

的依赖关系 H C 我 / 米 年代 在 H 一个 / 米 年代 助教/ Nd /钕铁硼( x 海里)/ Nd / Ta ((a) x = 450年 ;(b) x = 600年 ;(c) x = 750年 ;(d) x = 900年 )的电影。

 4所示。结论

总之,微结构和磁性Ta / Nd /钕铁硼Nd / Ta电影强烈依赖于钕铁硼层厚度。钕铁硼层厚度为750 nm时,应变达到最小值。与此同时,可以获得最高的平面和垂直的矫顽力在750 nm的钕铁硼层厚度,,分别21.2 kOe和19.5 kOe,因为压力是最小化。的高剩磁比0.87也可以实现在Ta / Nd /钕铁硼(750海里)/ Nd / Ta的电影。总之,结果表明,Ta / Nd /钕铁硼Nd / Ta电影可能有巨大的潜力作为磁性材料具有优良的性能。

 相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

 确认

这项工作是由中国国家自然科学基金(没有。51305290),山西省高等教育技术创新项目,中国(没有。2013133),该基金计划的科学活动选择返回海外专业人士的山西省,中国(没有。2015003),山西奖学金委员会支持的研究项目,中国(没有。2013 - 098年),山西的研究生联合培养项目,中国(没有。2016 jd36)。

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