16756

1818 دكتري

دكتري

ماده چگال تجربي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1399

هفده، 135ص.: مصور، جدول، نمودار

پرويز كاملي

هادي سلامتي

حسين احمدوند، محمدرضا محمدي زاده، مرتضي مظفري

1400/09/03

كتابنامه

فيزيك

فيزيك

1400/09/03

2779191

ناهمسانگردي مغناطيسي و مغناطش بالا از ويژگي¬هاي لازم براي توليد سيستم¬هايي مانند حافظه¬هاي مغناطيسي چگالي بالا و دستگاه¬هاي اسپينترونيك است. در بين مواد مغناطيسي، لايه نازك فريت كبالت (CoFe2O4:CFO) به علت ناهمسانگردي مغناطيسي و مغناطش اشباع نسبتا بالا و پايداري شيميايي مطلوب، مي¬تواند به عنوان يك گزينه¬ي مناسب براي كاربرد در حافظه¬هاي مغناطيسي، فيلترهاي اسپيني، ابزارهاي مغناطونوري و ميكروموج مطرح باشد. مغناطش اشباع به¬دست آمده براي لايه¬هاي نازك CFO در تحقيقات گذشته، با مقدار مغناطش اشباع نمونه¬ي حجمي (Am2kg-1 86) اختلاف دارد و كم¬تر از آن است. بنابراين يكي از اهداف اين پژوهش ساخت لايه نازك CFO با مغناطش اشباع نزديك به نمونه¬ي حجمي و بررسي عوامل موثر بر آن تعريف شد. در اين پژوهش از لايه نشاني به روش ليزر پالسي (PLD) براي ساخت لايه¬هاي CFO استفاده شد. از اهداف ديگر اين تحقيق ساخت لايه¬هاي نازك CFO به روش PLD و بررسي تاثير پارامترهاي مختلف ساخت مانند نرخ تكرار پالس ليزر، دماي زيرلايه، فشار اكسيژن محفظه، چگالي انرژي پالس ليزر، نوع زيرلايه و زاويه¬ي قرارگيري زيرلايه بر ويژگي¬هاي ساختاري و مغناطيسي آن¬ها است. بررسي ناهمسانگردي مغناطيسي و كنترل جهت محور آسان براي لايه¬هاي نازك CFO از نتايج جالب توجه اين پروژه بود. ابتدا در اين پژوهش سازوكار رشد لايه¬ي CFO بر روي زيرلايه¬ي MgO با تغيير نرخ تكرار پالس ليزر بررسي شد و پس از آن با تغيير زاويه¬ زيرلايه در حين لايه¬نشاني، وابستگي ناهمسانگردي مغناطيسي نمونه¬ها به زاويه¬ي لايه نشاني مطالعه شد. كنترل ناهمسانگردي مغناطيسي و جهت محور آسان با نرخ تكرار پالس ليرز و زاويه¬ي لايه نشاني از نتايج اين پژوهش بود. نمونه¬ي لايه نشاني شده با نرخ تكرار پالس ليرز Hz 2 محور آسان در راستاي موازي سطح نشان داد، در حالي¬كه با افزايش نرخ تكرار پالس ليزر به مقادير 5، 7 و Hz 10 جهت محور آسان به راستاي عمود بر سطح زيرلايه مي¬چرخد. نمونه¬ي لايه نشاني شده با Hz 3 همسانگردتر است. همين¬طور نمونه¬ي CFO كه به صورت عمود در برابر ذرات كنده شده از هدف قرار دارد ناهمسانگردي مغناطيسي عمود بر سطح نشان مي¬دهد درحالي¬كه با افزايش زاويه¬ي زيرلايه با سطح تا 70 درجه نمونه همسانگرد مي¬شود. با تغيير پارامترهاي لايه نشاني از جمله دماي لايه¬نشاني (oC 700-500=Ts)، فشار محفظه (μbar 100-001/0=PO2) و انرژي پالس ليزر، شرايط بهينه براي لايه¬نشاني نمونه¬ي CFO بر روي زيرلايه¬ي MgO با مغناطش اشباع بيشينه نزديك به مغناطش اشباع نمونه¬ي حجمي به¬ دست آمد. شرايط بهينه براي رسيدن به بيشينه¬ي مغناطش اشباع ، دماي زيرلايه oC600 ، فشار محفظه خلاء و چگالي انرژي ليزر Jcm-2 7/2 است. ¬علاوه بر اين نشان داده شد كه مي¬توان با تغيير نوع زيرلايه و شرايط لايه¬نشاني مقدار ناهمسانگردي مغناطيسي و جهت محور آسان را در لايه¬هاي CFO كنترل كرد. براي لايه¬نشاني نمونه¬هاي CFO از زيرلايه¬هاي مختلف MgO، SrTiO3، MgAl2O4،LaAlO3 ،(La,Sr)(Al,Ta)O3 ، Al2O3 و TiO2 استفاده شد. براي نمونه¬ي CFO بر روي زيرلايه¬يMgO جهت محور آسان عمود بر سطح لايه با انرژي ناهمسانگردي kJm-3 226 و براي زيرلايه¬ي MgAl2O4 جهت محور آسان موازي سطح لايه با انرژي ناهمسانگردي برابر kJm-3 1120- مشاهده شد. ميدان ناهمسانگردي به بزرگي T 14 براي لايه¬نازك CFO بر روي زيرلايه¬ي MgAl2O4 به¬دست آمد كه اين مقدار تا كنون براي لايه¬ي CFO مشاهده نشده بود.

Magnetic anisotropy and high magnetization are the necessary features for the production of high density magnetic recording and spintronics devices. Among the magnetic materials, cobalt ferrites (CoFe2O4: CFO) thin films can be proposed an appropriate candidates for the application of magnetic recording, spin filters, magneto-optical devices and microwave because of large magnetic anisotropy, high magnetization and excellent chemical stability. In this study, the pulsed laser deposition (PLD) method was used for the preparation of CFO films. One of the main purpose of this research is the preparation of CFO thin films by PLD technic and the investigation of the effect of deposition parameters such as; laser pulse repetition rate, substrate temperature, chamber oxygen pressure and substrate on their structural and magnetic properties. The saturation magnetization of CFO thin films obtained in previous studies has a large difference with the value of bulk saturation magnetization, so another purpose of this research was determined the preparation of CFO thin film with the saturation magnetization near to bulk value (86 Am2kg-1). First of all, it was investigated the growth mechanism of CFO film on MgO substrate with change in pulse laser repetition rates. Then it was obtained the optimum condition with change in deposition parameters for obtained the CFO film that has saturation magnetization near to the bulk value. The optimum condition is the substrate temperature of 600 oC and vacuum pressure in the chamber. In additional, it was indicated by change in substrate, it can be tune the magnetic anisotropy and the easy axis direction in the CFO films. The easy axis of the CFO on MgO and MgAl2O4 substrates is the perpendicular and parallel to the surface, respectively. The anisotropy field for the CFO on MgAl2O4 is 14 T which is not observed in the previous study.

پرويز كاملي

هادي سلامتي

حسين احمدوند، محمدرضا محمدي زاده، مرتضي مظفري