文档介绍：博士学位论文飞型邀光纳卷钴薄膜超:迭动力堂监:陛砑究学科专业:扭械制造及甚自动业指导教师:墓兰教授笙鱼日目论文题目:作者姓名:任殛飞答辩期:型蓠分类号:§三:编号:.
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飞秒激光纳米钴薄膜超快动力学特性研究屈明教援专业名称指导教师指导小组成员作者姓名月
摘要随着人类生活和生产的信息化,需要存储和处理的信息量日益剧增,这对存储设备的容量和读写速度提出了更高的要求,因此,磁存储设备的存储密度和响应速度成为制约信息化的瓶颈,而深入理解光激发后磁存储材料的超快热化动力学和磁化动力学的微观机理对于突破当前的存储极限尤为重要。飞秒激光所具有的超短脉冲宽度和超高峰值功率为研究材料中的超快动力学过程提供了有效的手段,而钻作为一种典型的过渡族磁性材料,在薄膜磁头、磁记录和磁传感器等领域有着广泛的应用。基于此,本文利用飞秒激光泵浦一探测热反射技术对纳米钴薄膜的超快动力学特性进行了详细的研究。本文主要包括以下几个内容:首先,采用磁控溅射技术在硅片和玻璃基底上制备了不同厚度的钴薄膜样品,并取部分样品分别进行了和嘶鸫恚蒙璧缱酉微镜、原子力显微镜和湎哐苌湟嵌匝返谋砻嫘蚊病⒖帕4笮〖捌浞植己晶体结构进行了表征。结果表明:当沉积的钴薄膜厚度较小时,表面光滑平整,颗粒细小,呈连续状态。随着薄膜厚度不断增加,颗粒尺寸有逐渐增大的趋势;经过婧℃退火处理后,钴薄膜的微观结构发生了变化,但没有观察到明显的晶粒析出;而经过嫱嘶鸫砗螅∧け砻娴牡鹤唇峁乖龃螅鱿至明显的结晶现象;同时发现,玻璃基底上制备的薄膜质量比硅片基底上的好。其次,,自行搭建了飞秒激光瞬态热反射实验系统。利用该系统,在低能量激光脉冲激发下,通过测量不同薄膜厚度、退火处理、复合层、基底材料、泵浦光功率和泵浦光入射角等条件下薄膜的瞬态反射率和瞬态透射率,对其超快的热化动力学过程进行了分析和研究。结果表明:飞秒激光加热后,反射率变化曲线可以分为霾糠郑何榷ń锥巍⑸仙锥巍⑺ゼ踅锥魏突复阶段,曲线在的时间内从初始的稳定值突变到极值,随后有一个缓慢的衰减过程,大约几个皮秒;随着薄膜厚度增加,反射率曲线的极值逐渐减小,曲线衰减过程的速率加快,且恢复到平衡时的位置降低,这主要是电子弹道运动和热扩散分别作用的结果;退火处理使得薄膜反射率曲线的极值降低,且恢复到平衡时所用的时间增加,这是由于退火后薄膜的晶粒大小发生了变化;不同的复江苏大学博士学位论文
关键词:飞秒激光,,钴薄膜,双温模型,三温模型,超快动力学合金属层的加入,使得反射率变化曲线恢复到平衡时的时间随着金属层档脑龃蠖跣。一指吹降钠胶馕恢媒档停坏北∧さ暮穸冉咏穿透深度时,基底对样品反射率的影响显著,,随着厚度增大,基底的影响减弱;随着泵浦光的功率增大或入射角减小,反射率变化曲线到达的极值都会增大;薄膜厚度、退火处理、不同复合层和泵浦光功率都会影响透射率变化曲线的极值和恢复到平衡状态时的位置,而退火处理和复合层还对曲线恢复到平衡状态的时间有影响。最后,当超短激光脉冲与材料相互作用时,如果加热时间与材料中的载流子弛豫时间在数量级上相当,可能会在金属中观察到电子和晶格温度的非平衡现象,而在铁磁材料中还可以观察到自旋引起的退磁现象。目前,用于描述超短脉冲激光与金属或铁磁材料相互作用的模型主要有双温模型和三温模型。本文基于这两种模型,采用有限差分方法对飞秒激光作用下钴薄膜的超快热化动力学和自旋动力学过程进行了数值模拟。双温模型模拟结果表明:在激光辐照初期,电子和晶格系统之间存在明显的非平衡现象,电子系统的温升要明显大于