確定磁性薄膜難磁化方向的測試方法
【專利說明】確定磁性薄膜難磁化方向的測試方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及物理測量領(lǐng)域，具體地，涉及一種確定磁性薄膜難磁化方向的測試方法。
【背景技術(shù)】
[0003]高頻鐵磁薄膜，尤其是具有各向異性的磁性薄膜，各向異性場導(dǎo)致材料的高頻性能得到很大改善。如何確立樣品各向異性場對于研宄材料的高頻性能有著至關(guān)重要的意義，而測量準(zhǔn)確的樣品難易磁化方向的磁滯回線與樣品各向異性場的測定密不可分。
[0004]當(dāng)前，對于各向異性薄膜難磁化方向的確立主要是兩種方法:對于磁性薄膜，在未知其難易磁化方向的情況下，通?？梢酝ㄟ^先施加外磁場至樣品飽和，再把外磁場降為0，當(dāng)剩余磁化強(qiáng)度最小時(shí)所對應(yīng)的方向?yàn)闃悠返碾y磁化方向；對于有交換偏置的薄膜樣品可以通過轉(zhuǎn)動磁化曲線的方法，在一定外磁場下通過測量不同位置的磁化強(qiáng)度，根據(jù)磁化強(qiáng)度與轉(zhuǎn)動角度的變化曲線，確定樣品的難易磁化方向。然而在實(shí)際測量中對于沒有交換偏置的有各向異性的磁性薄膜來說，確定難磁化方向所需時(shí)間比較長。
[0005]對于有各向異性的磁性薄膜確定難易磁化方向的原理是:根據(jù)難磁化方向的定義，沿磁性晶體的不同方向磁化時(shí)，達(dá)到同樣的磁化強(qiáng)度(一般指飽和磁化強(qiáng)度)需要不同的能量，磁化時(shí)需要能量最高的方向稱為難磁化方向，而難磁化方向的剩余磁化強(qiáng)度最低。所以通常采用先找樣品的難磁化方向，現(xiàn)有的方法是:在一外加直流磁場(亥姆霍茲線圈)中放置被測樣品薄膜，使被測樣品薄膜平面與外磁場方向平行，并且使被測樣品薄膜可繞與其平面相垂直的軸轉(zhuǎn)動。當(dāng)進(jìn)行樣品測試時(shí)，首先施加能夠使樣品達(dá)到飽和的外磁場(H)，之后將外磁場降為零，此時(shí)測得樣品的剩余磁化強(qiáng)度；然后轉(zhuǎn)動樣品位置角度，再次加同樣大的飽和場并降為零，再測得此時(shí)樣品的剩余磁化強(qiáng)度，以此類推；當(dāng)測得的剩余磁化強(qiáng)度值最小時(shí)所對應(yīng)的位置就是樣品的難磁化方向。該方法雖然能較為準(zhǔn)確的找到樣品的難磁化方向，但所耗時(shí)間較長。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于，針對上述問題，提出一種確定磁性薄膜難磁化方向的測試方法，以實(shí)現(xiàn)減少確定磁性薄膜難磁化方向時(shí)間的優(yōu)點(diǎn)。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種確定磁性薄膜難磁化方向的測試方法，包括以下步驟:
步驟1、確定難磁化方向的大致方向，給樣品外加直流磁場，使樣品達(dá)到飽和狀態(tài)把外加直流磁場降為零，記錄剩余磁化強(qiáng)度；然后向任意方向轉(zhuǎn)動一定角度，記錄此時(shí)的磁化強(qiáng)度，如果磁化強(qiáng)度變大，說明難磁化方向在與轉(zhuǎn)動的方向相反的方向，如果磁化強(qiáng)度降低，則難磁化方向在與轉(zhuǎn)動方向相同的方向； 步驟2、確定難磁化方向的大致位置，在步驟I確定的難磁化方向的大致方向的基礎(chǔ)上，繼續(xù)轉(zhuǎn)動樣品位置，并依此記錄剩余磁化強(qiáng)度，當(dāng)磁化強(qiáng)度的數(shù)值有大變小再由小變大時(shí)，磁化強(qiáng)度的數(shù)值最小點(diǎn)所對應(yīng)的位置就是難磁化方向的大致位置；
步驟3、確定難磁化方向，根據(jù)上述步驟2確定的難磁化方向的大致位置，將轉(zhuǎn)動角度變小，找到剩余磁化強(qiáng)度最小的位置，即難磁化方向。
[0008]優(yōu)選的，所述步驟I中然后向任意方向轉(zhuǎn)動一定角度中，轉(zhuǎn)動的角度為10度。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下有益效果:
本發(fā)明的技術(shù)方案，在基于現(xiàn)有磁性薄膜難磁化方向確定方法的基礎(chǔ)上，加以轉(zhuǎn)動磁化，從而減少確定磁性薄膜難磁化方向時(shí)間，且本發(fā)明技術(shù)方案具有簡單和準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。
[0010]下面通過附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明實(shí)施例所述的確定磁性薄膜難磁化方向的測試方法中測試的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例所述的確定磁性薄膜難磁化方向的測試方法中數(shù)據(jù)記錄示意圖； 圖3為磁場沿著-30°和60°測得的磁滯回線圖。
[0012]結(jié)合附圖，本發(fā)明實(shí)施例中附圖標(biāo)記如下:
1-振動系統(tǒng)；2_轉(zhuǎn)軸；3_樣品托；4_磁性薄膜；5_電磁鐵。
【具體實(shí)施方式】
[0013]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0014]一種確定磁性薄膜難磁化方向的測試方法，包括以下步驟:
步驟1、確定難磁化方向的大致方向，給樣品外加直流磁場，使樣品達(dá)到飽和狀態(tài)把外加直流磁場降為零，記錄剩余磁化強(qiáng)度；然后向任意方向轉(zhuǎn)動一定角度，記錄此時(shí)的磁化強(qiáng)度，如果磁化強(qiáng)度變大，說明難磁化方向在與轉(zhuǎn)動的方向相反的方向，如果磁化強(qiáng)度降低，則難磁化方向在與轉(zhuǎn)動方向相同的方向；
步驟2、確定難磁化方向的大致位置，在步驟I確定的難磁化方向的大致方向的基礎(chǔ)上，繼續(xù)轉(zhuǎn)動樣品位置，并依此記錄剩余磁化強(qiáng)度，當(dāng)磁化強(qiáng)度的數(shù)值有大變小再由小變大時(shí)，磁化強(qiáng)度的數(shù)值最小點(diǎn)所對應(yīng)的位置就是難磁化方向的大致位置；
步驟3、確定難磁化方向，根據(jù)上述步驟2確定的難磁化方向的大致位置，將轉(zhuǎn)動角度變小，找到剩余磁化強(qiáng)度最小的位置，即難磁化方向。
[0015]下文結(jié)合實(shí)際數(shù)據(jù)對技術(shù)方案進(jìn)行進(jìn)一步的說明，
如圖1所示，為測試的裝置示意，是磁性材料測定用各向異性測試儀(EV9-VSM)。包括產(chǎn)生外磁場的電磁鐵5、放置被測樣品的樣品拖3和可使樣品轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)軸2。由圖1可見，被測的薄膜樣品被貼放于樣品托3上時(shí)，外加的磁場平行于薄膜，同時(shí)薄膜可隨樣品托3的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)軸與外磁場方向相垂直。
[0016]在進(jìn)行測試時(shí)，先將被測樣品薄膜平面貼在樣品托上，這時(shí)薄膜材料平面與外磁場方向平行。在進(jìn)行測試時(shí)，如圖2所示施加能使樣品飽和的外磁場，H = 500 Oe，再將外磁場降為零，記錄此時(shí)的剩余磁化強(qiáng)度為Mr = 400*1(T6 emu，記為數(shù)據(jù)I ;在不施加外磁場的前提下，再順時(shí)針轉(zhuǎn)動10°，此時(shí)磁化強(qiáng)度數(shù)值為Mr = 520*10_6 emu記為數(shù)據(jù)2，由于此時(shí)數(shù)值變大，所以難磁化方向應(yīng)該在相反方向；在不施加外磁場的前提下，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動到-10°，此時(shí)的磁化強(qiáng)度為Mr = 280*1(T6 emu記為數(shù)據(jù)3 ;通過這三步已經(jīng)確定磁化方向的大致趨勢。再次施加外磁場H = 500 Oe，將外磁場降為零，記錄此時(shí)的剩余磁化強(qiáng)度為Mr = 280*1(T6 em記為數(shù)據(jù)4 ;在不施加外磁場的前提下，繼續(xù)沿逆時(shí)針轉(zhuǎn)動到-20°，此時(shí)的磁化強(qiáng)度為Mr = 120*10-6 emu記為數(shù)據(jù)5 ;在不施加外磁場的前提下，繼續(xù)沿逆時(shí)針轉(zhuǎn)動到-25°，此時(shí)的磁化強(qiáng)度為Mr = 45*10_6 emu記為數(shù)據(jù)6，由于此時(shí)剩磁已比較小，可以確定難磁化方向應(yīng)該在此附近，下一步轉(zhuǎn)動時(shí)應(yīng)該減小轉(zhuǎn)動角度。此時(shí)再施加外磁場H =500 Oe，再將外磁場降為零，記錄此時(shí)的剩余磁化強(qiáng)度為Mr = 45*1(T6 emu記為數(shù)據(jù)7 ;在不施加外磁場的前提下，繼續(xù)沿逆時(shí)針轉(zhuǎn)動到-30°，此時(shí)的磁化強(qiáng)度為Mr = -10*10_6 emu記為數(shù)據(jù)8。此時(shí)再施加外磁場H = 500 Oe，再將外磁場降為零，記錄此時(shí)的剩余磁化強(qiáng)度為Mr = 5*10_6 emu記為數(shù)據(jù)9，說明此時(shí)的位置基本是難磁化方向所處的位置；在不施加外磁場的前提下，繼續(xù)沿逆時(shí)針轉(zhuǎn)動到-35°，此時(shí)的磁化強(qiáng)度為Mr = 60*10_6 emu記為數(shù)據(jù)10。此時(shí)再施加外磁場H = 500 Oe，再將外磁場降為零，記錄此時(shí)的剩余磁化強(qiáng)度為Mr=65*1(T6 emu記為數(shù)據(jù)11，說明此時(shí)外磁場又偏離難磁化方向。根據(jù)上述分析，可知樣品的在-30°時(shí)測得的剩余磁化強(qiáng)度最小，由于在接近此處轉(zhuǎn)動的角度為5°，儀器的靈敏度為5。，可以確知此處就是樣品難磁化方向。即圖2中9所示的位置。圖2中的1、2、3……即為數(shù)據(jù)1、數(shù)據(jù)2、數(shù)據(jù)3……。
[0017]圖3為測量處(即上文中旋轉(zhuǎn)-30°的位置)及在與測量處垂直方向(60° )測試的磁滯回線，從圖3中可以看到，在60°時(shí)回線的矩形比很好，矯頑力He = 22.5 Oe ;剩余磁化強(qiáng)度Mr = 8.5*10_4 emu，在-30°時(shí)回線幾乎是過原點(diǎn)的斜線，此時(shí)的矯頑力He = 8.20e，剩余磁化強(qiáng)度Mr = 3.5*10_5 emu。由此說明，利用這種方法確定樣品難易軸方向是比較準(zhǔn)確的。圖3中-30°時(shí)回線與60°時(shí)回線在H等于-2000 Oe至-250 Oe處以及H等于250 Oe至2000 Oe處重合在一起。而由于在實(shí)驗(yàn)中多次減少轉(zhuǎn)動時(shí)需要施加的飽和外磁場，所以大大減少了時(shí)間。綜上可見這種方法可以有效、快捷的探索薄膜樣品的難磁化方向。
[0018]最后應(yīng)說明的是:以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種確定磁性薄膜難磁化方向的測試方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1、確定難磁化方向的大致方向，給樣品外加直流磁場，使樣品達(dá)到飽和狀態(tài)把外加直流磁場降為零，記錄剩余磁化強(qiáng)度；然后向任意方向轉(zhuǎn)動一定角度，記錄此時(shí)的磁化強(qiáng)度，如果磁化強(qiáng)度變大，說明難磁化方向在與轉(zhuǎn)動的方向相反的方向，如果磁化強(qiáng)度降低，則難磁化方向在與轉(zhuǎn)動方向相同的方向； 步驟2、確定難磁化方向的大致位置，在步驟I確定的難磁化方向的大致方向的基礎(chǔ)上，繼續(xù)轉(zhuǎn)動樣品位置，并依此記錄剩余磁化強(qiáng)度，當(dāng)磁化強(qiáng)度的數(shù)值有大變小再由小變大時(shí)，磁化強(qiáng)度的數(shù)值最小點(diǎn)所對應(yīng)的位置就是難磁化方向的大致位置； 步驟3、確定難磁化方向，根據(jù)上述步驟2確定的難磁化方向的大致位置，將轉(zhuǎn)動角度變小，找到剩余磁化強(qiáng)度最小的位置，即難磁化方向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的確定磁性薄膜難磁化方向的測試方法，其特征在于，所述步驟I中然后向任意方向轉(zhuǎn)動一定角度中，轉(zhuǎn)動的角度為10度。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種確定磁性薄膜難磁化方向的測試方法，包括，一確定樣品難磁化方向的大致方向，根據(jù)測定初始剩余磁化強(qiáng)度后往任意方向轉(zhuǎn)動一定角度，看磁化強(qiáng)度的大小來確定；二確定樣品的難磁化方向大致位置，根據(jù)每轉(zhuǎn)動一定角度記錄的磁化強(qiáng)度大小，當(dāng)由大變小再變大時(shí)，最小點(diǎn)所處的位置就是難磁化的大致方向。三確定難磁化方向，將轉(zhuǎn)動角度減小至5°，找到磁化強(qiáng)度最小的點(diǎn)，此位置即樣品的難磁化方向。在每次轉(zhuǎn)動過程中，并不是均加場飽和再降為零讀取剩余磁化強(qiáng)度，而是轉(zhuǎn)動后直接讀取磁化強(qiáng)度的數(shù)值進(jìn)行比較，有效且快速的找到樣品的難磁化方向。
【IPC分類】G01R33-12, G01R33-16
【公開號】CN104569877
【申請?zhí)枴緾N201510016167
【發(fā)明人】隋文波, 薛德勝, 楊德政, 郭黨委
【申請人】蘭州大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月13日