異質納米結構軟磁薄膜的微波高磁導率研究

《異質納米結構軟磁薄膜的微波高磁導率研究》是依託蘭州大學，由薛德勝擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：異質納米結構軟磁薄膜的微波高磁導率研究
• 依託單位：蘭州大學
• 項目負責人：薛德勝
• 項目類別：重點項目

項目摘要

本項目圍繞軟磁材料套用向高頻化和微型化發展過程中必須同時具有高自然共振頻率和高微波磁導率這兩個相互制約的關鍵科學問題，重點研究異質納米結構軟磁薄膜的設計與製備，實現微觀各向異性調控，突破傳統微波軟磁材料的Snoek極限所對應的各向異性類型，在微波GHz波段實現軟磁薄膜的高磁導率。理論上，通過不同空間類型各向異性設計，基於LLG方程研究磁化強度的微波動力學過程，探索微波GHz波段高共振頻率和高磁導率機制。實驗上，利用異質納米結構軟磁相間的交換耦合和高飽和磁化強度軟磁薄膜的垂直膜面強退磁場，實現薄膜材料的高自然共振頻率；利用異質納米結構軟磁相的各向異性生長、鐵磁和反鐵磁釘扎調控薄膜面內微觀形狀各向異性，實現共振頻率和磁導率的獨立調控，達到在同一材料中實現自然共振頻率和微波磁導率共同提高的目的。該項目將闡明如何大幅度提高高頻性能這一重要基礎科學，為突破磁性器件高頻化和微型化的材料瓶頸奠定基礎。

結題摘要

本項目圍繞軟磁材料向高頻化和微型化套用發展過程中必須同時具有高自然共振頻率和高微波磁導率這兩個相互制約的關鍵科學問題，依據我們自己建立的雙各向異性理論模型，提出了高頻磁性大範圍調控的三種重要方法，建立了一種研究高頻磁性的測試新技術，獲得了1-5 GHz範圍內磁導率大於200的異質納米結構軟磁薄膜，為GHz高頻電感的微型化和抗電磁干擾器件的設計提供了重要參考。項目研究取得了以下主要成果：1、理論上，我們基於材料的高頻特性決定於各向異性，提出了高飽和磁化強度異質結構薄膜是實現雙各向異性，進而實現高頻下高磁導率的好系統。提出了利用偶極相互作用、交換作用和磁電耦合實現異質結構薄膜GHz下高磁導率的設計思想。2、實驗上，利用異質納米結構軟磁相間的交換耦合和高飽和磁化強度軟磁薄膜的垂直膜面強退磁場，實現了薄膜材料的高自然共振頻率；利用異質納米結構軟磁相的偶極相互作用、不同鐵磁層的交換作用和鐵電基底對鐵磁薄膜的磁電耦合，實現了薄膜面內各向異性和磁導率的大範圍調控；在Co基和Fe基鐵磁薄膜中實現了1-5GHz範圍內50-200可調的磁導率，即同一成份的材料中實現了自然共振頻率和微波磁導率同時調控；實現了高電阻率鐵氧體薄膜的高磁導率，利用轉動各向異性實現了薄膜樣品面內360度高磁導率，為未來該薄膜的實際套用提供了可能。3、方法上，提出了利用微波下異常霍爾效應整流研究高頻軟磁薄膜磁化強度進動過程。建立了微波下異常霍爾效應整流的公式，構建了整流信號與磁化強度進動以及微波磁場分量間的關係。獲得了不同微波磁場分量對整流信號線型的影響規律。實現了磁化強度進動基本物理量的測量，包括磁化強度、各向異性場和阻尼係數的測量。該方法的建立不僅實現了磁化強度動力學過程的局域電測量，而且反過來提供了一種局域微波磁場測試的新技術。4、通過本項目的支持，還在其他方面開展了一些探索性研究。項目共發表SCI論文82篇，其中包含Phys. Rev. Lett.、Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、Nano Lett.、ACS Nano各一篇，在Phys. Rev. B、 Appl. Phys. Lett.、Sci. Rep.和J. Mater. Chem. C上各發表多篇論文。獲批5項國家發明專利。培養了多名研究生。建立了一個高頻磁性研究的團隊，入選教育部創新團隊研究計畫。