專利名稱：一種測量磁化率各向異性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量磁化率各向異性的方法，屬物質(zhì)磁性之磁化率測量技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
物質(zhì)磁性能是常用材料物理性能之一，而磁化率是描述物質(zhì)磁性的重要物理量。根據(jù)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的電子理論，可以證明物質(zhì)的磁化率與其微觀結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。通過測定物質(zhì)的磁化率可以獲得微觀結(jié)構(gòu)的很多相關(guān)信息。物質(zhì)磁化率一般用磁天平測量，常用的有古埃(Gouy)法、昆克(Quincke)法和法拉第(Faraday)法。古埃法適用于測量順磁或抗磁性樣品，昆克法用于測量液體和氣體的磁化率，法拉第法則有更好的適用性。一般來說，用于物理上研究磁化率與溫度的變化關(guān)系，磁化率各向異性測定等都是采用法拉第法。
在磁化率各向異性測定中，現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)方法都要制備該種物質(zhì)的單晶體，然后在檢晶儀上挑選適合測量的單晶，最后在特定磁場中測量不同軸向的磁化率即可分別得到易磁化軸向和垂直于易磁化軸方向的磁化率χ||，χ⊥。但是，物質(zhì)的單晶特別是大塊單晶制備較為困難，這給磁化率各向異性的測量帶來了很大的難度。本發(fā)明提出的測量方法是直接利用強(qiáng)磁場中制備的多晶薄膜計(jì)算出易磁化軸向和垂直于易磁化軸方向的磁化率χ||，χ⊥。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種測量磁化率各向異性即分別測量易磁化軸磁化率χ||和垂直于易磁化軸磁化率χ⊥的方法。
本發(fā)明一種測量磁化率各向異性的方法，其特征在于具有以下的過程和步驟 a.利用超導(dǎo)強(qiáng)磁場下真空蒸發(fā)沉積薄膜裝置，在室溫(300K)下，將欲鍍膜的基片放置于裝置內(nèi)的工作臺上，基片在平行和垂直磁場方向都有放置，將預(yù)測量的物質(zhì)蒸發(fā)，按固定的蒸發(fā)速率，蒸發(fā)相同時間，兩個方向的基片上分別沉積該物質(zhì)的薄膜。分別在1～12T磁場下逐點(diǎn)沉積12次薄膜，可根據(jù)實(shí)際情況增加沉積的磁場測量點(diǎn)； b.對a步驟沉積的薄膜進(jìn)行X射線衍射分析(XRD)，找到薄膜發(fā)生取向改變的磁場強(qiáng)度B； c.利用掃描電子顯微鏡(SEM)高倍顯微鏡分別對磁場強(qiáng)度B下制備的薄膜進(jìn)行顯微觀察，計(jì)算單個晶粒的平均體積； d.利用薄膜在強(qiáng)磁場中的取向原理計(jì)算易磁化軸磁化率χ||和垂直于易磁化軸磁化率χ⊥，即可測量出磁化率各向異性。
一種在測量磁化率各向異性的方法中所用的是強(qiáng)磁場下真空蒸發(fā)制備薄膜裝置，可以在平行和垂直磁場兩個方向同時制備薄膜，且磁場強(qiáng)度可調(diào)。本發(fā)明特征是利用XRD得到薄膜發(fā)生取向的磁場強(qiáng)度B和該磁場下制備薄膜的晶粒體積來計(jì)算出磁化率各向異性。
本發(fā)明計(jì)算磁化率各向異性的基本原理對于多晶體來說，晶體的體積磁化率滿足公式(1)如下， χ＝1/3χ||+2/3χ⊥(1) 根據(jù)薄膜在強(qiáng)磁場中磁取向生長原理，薄膜優(yōu)先生長方向是磁化能較小的方向，即垂直于易磁化軸方向。薄膜發(fā)生取向時，薄膜在磁場下的取向能AU可以用式(2)表示 式中，V是薄膜的晶粒體積；B是磁場強(qiáng)度；μ0是真空磁導(dǎo)率。實(shí)驗(yàn)證實(shí)薄膜在磁場中發(fā)生取向時，取向能ΔU的大小是該薄膜制備溫度時熱能kT(k為波爾茲曼常數(shù)，T為熱力學(xué)溫度)大小的100～10000倍。在300K時，，χ||和χ⊥滿足式(3)， 由于真空磁導(dǎo)率μ0是常數(shù)且物質(zhì)的體積磁化率χ一般可以通過查詢物理手冊知道。對于抗磁性材料，磁化率前負(fù)號不用帶入計(jì)算。通過對制備的薄膜進(jìn)行XRD和SEM分析可以分別知道磁取向磁場強(qiáng)度B和晶粒體積V，那么聯(lián)合公式(1)和式(3)可以求得各向異性磁化率χ||和χ⊥。這就是磁化率各向異性測量原理。
舉個例子進(jìn)一步說明本發(fā)明，在強(qiáng)磁場中真空蒸發(fā)Cd，XRD結(jié)果知道3T磁場時，平行磁場制備的試樣由低磁場時的(103)生長改變?yōu)?002)生長，那么薄膜發(fā)生取向時的磁場強(qiáng)度為3T。SEM圖片可以計(jì)算Cd晶粒的平均體積為5.6×10-19m3，查詢磁化率手冊可以知道Cd在300K時的體積磁化率為-1.516×10-6。那么將各值帶入式(1)和(3)即可計(jì)算出Cd的易磁化軸和垂直于易磁化軸方向的磁化率χ||，χ⊥分別為-2.09×10-6，-1.23×10-6。



圖1為金屬Cd在2T和3T時的XRD圖譜，(a)是垂直2T磁場的基片上制備的薄膜；(b)是平行2T磁場方向上制備的薄膜；(c)是垂直于3T磁場方向的基片上制備的薄膜；(d)是平行于3T磁場方向的基片上制備的薄膜 圖2為3T磁場下制備的薄膜SEM圖片，(a)為垂直于磁場方向放置的基片所沉積的薄膜，(b)為平行于磁場方向放置的基片所沉積的薄膜。

具體實(shí)施例方式 現(xiàn)將本發(fā)明的具體實(shí)施例敘述于后。
實(shí)施例1首先，分別在1T，2T，3T，4T，5T和6T強(qiáng)磁場下制備了兩個方向的Cd金屬薄膜?；谄叫泻痛怪贝艌龇较蚍胖茫练e溫度為300K，蒸發(fā)時真空度為0.01Pa，蒸發(fā)時間為60S。第二步對制備的試樣進(jìn)行XRD分析，附圖1為2T和3T磁場下制備的Cd薄膜XRD結(jié)果。3T磁場下薄膜的取向由原來的(103)變?yōu)?002)，3T為取向改變強(qiáng)度。對3T制備的兩個試樣進(jìn)行SEM分析，如圖2所示，可以計(jì)算出晶粒平均體積為5.6×10-19m3。Cd在300K時體積磁化率為-1.516×10-6，將上述各值帶入式(1)和(3)可以計(jì)算出易磁化軸和垂直于易磁化軸方向的磁化率χ||，χ⊥分別為-2.09×10-6，-1.23×10-6。
權(quán)利要求
1.一種測量磁化率各向異性的方法，其特征在于具有以下的過程和步驟
a.利用超導(dǎo)強(qiáng)磁場下真空蒸發(fā)沉積薄膜裝置，在室溫(300K)下，將欲鍍膜的基片放置于裝置內(nèi)的工作臺上，基片在平行和垂直磁場方向都有放置，將預(yù)測量的物質(zhì)蒸發(fā)，按固定的蒸發(fā)速率，蒸發(fā)相同時間，兩個方向的基片上分別沉積該物質(zhì)的薄膜；分別在1～12T磁場下逐點(diǎn)沉積12次薄膜，可根據(jù)實(shí)際情況增加沉積的磁場測量點(diǎn)；
b.對a步驟沉積的薄膜進(jìn)行X射線衍射分析(XRD)，找到薄膜發(fā)生取向改變的磁場強(qiáng)度B；
c.利用掃描電子顯微鏡(SEM)高倍顯微鏡分別對磁場強(qiáng)度B下制備的薄膜進(jìn)行顯微觀察，計(jì)算單個晶粒的平均體積；
d.利用薄膜在強(qiáng)磁場中的取向原理計(jì)算易磁化軸磁化率χ‖和垂直于易磁化軸磁化率χ⊥，即可測量出磁化率各向異性。
2.如權(quán)利要求所述的一種測量磁化率各向異性的方法，其中，易磁化軸磁化率χ‖和垂直于易磁化軸磁化率χ⊥在300K時滿足
式中，V是薄膜的晶粒體積；B是磁場強(qiáng)度；μ0是真空磁導(dǎo)率。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種測量磁化率各向異性的方法，屬物質(zhì)磁性之磁化率測量技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明特點(diǎn)是利用薄膜在強(qiáng)磁場中發(fā)生取向的原理，通過XRD確定發(fā)生取向的磁場強(qiáng)度，通過SEM確定該磁場下薄膜的晶粒體積而計(jì)算出磁化率各向異性。易磁化軸磁化率χ||和垂直于易磁化軸磁化率χ⊥在300K時滿足
文檔編號G01R33/16GK101788654SQ201010126280
公開日2010年7月28日 申請日期2010年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月17日
發(fā)明者任忠鳴, 任樹洋, 任維麗, 操光輝, 鄧康, 鐘云波, 雷作勝 申請人:上海大學(xué)