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Co-C纳米复合薄膜的微结构、磁性能和磁输运特性

来源期刊:金属学报2011年第4期

论文作者:唐瑞鹤 杨志刚 张弛 杨白 刘晓芳 于荣海

文章页码:469 - 474

关键词:Co-C纳米复合薄膜; 退火; 微结构; 磁输运特性; 磁性能

Key words:Co-C nanocomposite thin film; annealing; microstructure; magnetotransport property; magnetic property

摘    要:采用磁控溅射法在硅基片上制备了Co原子分数为13.0%的Co-C纳米复合薄膜.在真空条件下,对薄膜进行退火处理,退火温度从473K逐步提高至773K,保温时间30min.形貌观察表明,未经退火处理的薄膜中,Co颗粒均匀分布在非晶C基体中,Co颗粒尺寸为1.5-3.0nm;673K退火后,Co颗粒尺寸增大.磁性能测试表明,未经退火处理的薄膜磁性较弱,随着退火温度升高,薄膜的磁化强度和矫顽力均明显增大;当退火温度增加至673-773K时,薄膜呈现出低温铁磁性、室温超顺磁性的典型颗粒体系磁性特征.磁输运特性研究表明,未经退火处理的薄膜在温度为4.2K,磁场为3980kA/m时表现出1.33%的负磁电阻,随着退火温度升高,样品磁电阻值下降;电阻与温度关系在4.2-60K范围内符合lnR-T-1/4线性关系,磁输运遵循变程跳跃(variable range hopping)传导机制.

Abstract: Co-C nanocomposite thin films with a Co atomic content of 13.0%were fabricated onto Si (100) substrates by magnetron co-sputtering technique.Post annealing was carried out in vacuum at annealing temperature ranging from 473 K to 773 K for 30 min.TEM images indicate that the Co nanoparticles are dispersed uniformly in an amorphous carbon matrix for the as-deposited samples,and Co particle size is in a range of 1.5-3.0 nm.After annealing at 673 K,the average Co particle size is enlarged distinctly.Magnetization hysteresis loops reveal that the as-deposited thin films show low magnetization.As annealing temperature is increased,both magnetization and coercivity are enhanced significantly.The samples annealed at 673 K and 773 K show ferromagnetic behaviors at low temperature,and superparamagnetic behaviors at room temperature, which are characteristic magnetic features for granular system.A negative magnetoresistance(MR) of 1.33% is observed for the as-deposited Co-C thin films at 4.2 K in the applied magnetic field of 3980 kA/m.The MR value decreases with increasing annealing temperature.Resistance (R) versus temperature (T) curves exhibit a good linear relationship of InR-T-1/4 at a broad low temperature range,suggesting that the conduction in Co-C nanocomposite thin films follows the variable range hopping transport mechanism.

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Co-C纳米复合薄膜的微结构、磁性能和磁输运特性

唐瑞鹤1,杨志刚1,张弛1,杨白2,刘晓芳2,于荣海2

(1.北京市清华大学材料科学与工程系先进材料教育部重点实验室
2.北京航空航天大学 材料科学与工程学院)

摘 要:采用磁控溅射法在硅基片上制备了Co原子分数为13.0%的Co-C纳米复合薄膜.在真空条件下,对薄膜进行退火处理,退火温度从473K逐步提高至773K,保温时间30min.形貌观察表明,未经退火处理的薄膜中,Co颗粒均匀分布在非晶C基体中,Co颗粒尺寸为1.5-3.0nm;673K退火后,Co颗粒尺寸增大.磁性能测试表明,未经退火处理的薄膜磁性较弱,随着退火温度升高,薄膜的磁化强度和矫顽力均明显增大;当退火温度增加至673-773K时,薄膜呈现出低温铁磁性、室温超顺磁性的典型颗粒体系磁性特征.磁输运特性研究表明,未经退火处理的薄膜在温度为4.2K,磁场为3980kA/m时表现出1.33%的负磁电阻,随着退火温度升高,样品磁电阻值下降;电阻与温度关系在4.2-60K范围内符合lnR-T-1/4线性关系,磁输运遵循变程跳跃(variable range hopping)传导机制.

关键词:Co-C纳米复合薄膜; 退火; 微结构; 磁输运特性; 磁性能

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