磁过滤脉冲真空电弧沉积的Co-C纳米颗粒膜的结构与磁性

摘要

采用磁过滤脉冲真空电弧共沉积方法,在单晶硅片上制备了系列Co-C纳米颗粒膜,对制备态薄膜进行了不同温度的真空退火处理.分别采用X射线光电子能谱仪(XPS)、透射电子显微镜(TEM)、磁力显微镜(MFM)对薄膜的化学组分、形貌、颗粒尺寸、微观结构、磁畴结构进行了测量与分析;采用超导量子干涉磁强计(SQUID)对薄膜的磁性进行了测量.结果表明,制备态薄膜为颗粒状非晶结构,颗粒尺寸3-4nm,观察不到明显的磁畴结构,样品呈现出软磁特性;在经250-350°C的真空退火处理后,薄膜呈现密堆六方(hcp)Co与晶态Co<,x>C共存的亚稳态结构,薄膜由软磁逐渐向硬磁转变.当退火温度达到350-400°C时(与组分有关),Co<,x>C分解为(hcp)Co和石墨态C,Co颗粒尺寸增长至5-7nm,此时,可观察到明显的长程磁畴结构和典型的铁磁特征,对于350°C退火的Co<,65>C<,35>样品,室温饱和磁化强度(M<,s>、矫顽力(H<,c>和剩磁化(M<,r>/M<,s>)分别为2.5×10<'5>J/T<'2>·cm<'3>,37kA/m,和0.68.制备态薄膜的软磁特性是由其非晶结构所决定,而退火样品的磁硬化则是由于薄膜中Co颗粒的晶化而引起.这种纳米颗粒薄膜体系作为高密度磁记录介质,具有一定的潜在应用价值.