文 献 综 述
1.课题背景
磁体在自发磁化后不仅具有独特的磁性，而且当受到非磁因素(力、热、电、光等)作用时，将产生相应的耦合效应。应力作为一种高效，简便的物理场，常被用来研究其与材料的相互作用，研究应力对磁性薄膜磁性能的调控规律对于磁电薄膜与器件的发展具有重要意义。磁致伸缩效应(Magnetostrictive effect)是指磁性材料的磁化状态随着外场方向的改变而改变的现象，被广泛应用于传感器、制动器、线性电机等功能器件与设备中。另外，磁各向异性作为磁性材料的一个重要内禀性质，不仅决定了磁性材料的磁矩取向、对外磁场和应力响应的灵敏度，也会影响磁电器件的工作频率。相对于制备在刚性衬底上的磁电薄膜与器件，将磁性薄膜沉积于柔性衬底上，利用柔性衬底的柔韧性，将大大提高磁电薄膜对外部应力的响应灵敏度。
2.柔性磁电子器件
近年来，将多种电子器件如太阳能电池、显示器件、电子皮肤等制备于超薄、可延展的衬底上的柔性电子学的研究正在兴起。基于柔性衬底的磁性薄膜与器件作为柔性电子器件的一个重要分支，由于其可弯曲，可应用在非平面表面上，相对于传统刚性衬底的磁性薄膜与器件，具有柔韧性、高效、低成本以及很多其它不同的性质，研究基于柔性衬底的磁电薄膜与器件的磁性及输运性质得到越来越多的关注。
对于在柔性衬底上生长的磁性材料，衬底变形将对磁性层产生静电或压缩应变，这可能改变其各向异性场。因此，研究MTJ在柔性自旋电子器件中受应变影响的CoFeB薄膜的各向异性场是非常重要的。迄今为止，仅有少数研究报道了CoFeB薄膜磁性的应变依赖性。 这也是为何要做这样一个柔性基薄膜的重要原因。
3.磁性薄膜各向异性及控制方法
磁各向异性作为磁性材料的一个重要内禀性质，不仅决定了磁性材料的磁矩取向、对外磁场和应力响应的灵敏度，也会影响磁电器件的工作频率。传感器、磁存储介质、高频磁电器件中都广泛利用了磁性材料的磁各向异性。研究磁性薄膜材料的磁各向异性无论对于基础研究还是实际应用上面都具有重要意义。
磁各向异性是磁性材料的重要内禀性质，主要来源于自旋-轨道耦合。磁性材料在外磁场中被磁化时，磁化强度矢量沿着某些特定的晶轴方向排列，使得沿磁体的不同方向磁化到饱和的难易程度不同。为了表征磁性材料的这种各向异性的特征，将易磁化方向规定为易磁化轴，反之则称为难磁化轴。 磁各向异性按其来源可分为：(1) 以自旋-轨道耦合为物理基础的磁晶各向异性，它是磁性材料的一项重要内禀特性；(2) 形状各向异性，任何一种形状的磁性材料，在它的表面都会产生一定的磁极分布，结果会产生退磁场和杂散场，形成退磁能，并且这种退磁能主要取决于材料的几何形状，在这种退磁能作用下导致磁矩择优取向，例如，在细长纳米线、细小微粒和磁性薄膜中都有形状磁各向异性；(3) 应力各向异性，它反应的是磁材内部磁化强度矢量取向与应力的方向有关的特性，由于应力或形变通过磁弹性耦合作用使磁化矢量择优取向，进而对磁各向异性产生贡献；(4) 感生各向异性，例如利用真空溅射沉积的薄膜由于生长过程的溅射产生的应力作用，磁化矢量倾向于排列在一些特定方向，形成单轴磁各向异性；(5)交换磁各向异性，又名单向各向异性，对于铁磁性材料和反铁磁性材料组成的异质结，在磁场热处理后，两种材料的界面处由于交换作用，会引起交换各向异性，例如 Co/Co O 异质结。对于磁性薄膜而言，由于它的特殊形状，在没有其它干扰因素条件下，磁性薄膜的磁矩一般是平行膜面的方向最稳定。但是在磁性薄膜的面外也可以感生出各向异性，这种各向异性称为垂直磁各向异性。
磁性薄膜中各向异性的控制对于实际应用具有重要意义，如在垂直磁记录材料中，垂直磁各向异性会决定信息的稳定性。在巨磁电阻多层膜中，磁电阻的大小与体系中相邻铁磁层中的磁化矢量取向强烈相关。对于磁性薄膜的各向异性的调控方面的研究已有很多，如 Kim 等人研究了磁场对电沉积的 Co Fe Ni 薄膜的表面形貌和磁性能的影响，他们发现对于在磁场中制备的 Co Fe Ni 而言，其各向异性比没有施加外磁场的样品更强。而且，在外磁场的作用下，薄膜的矫顽力更小，表面形貌更均匀，他们将这个归因于磁场作用下薄膜的晶粒尺寸更小。如图 1.1所示，分别为在没有外磁场作用和有外磁场作用下测得的 Co Fe Ni 薄膜的磁滞回线，测得的有外磁场下的薄膜矫顽力小于0.06 Oe，没有外磁场作用下矫顽力为 0.15 Oe有外磁场作用下薄膜的各向异性场为 19 Oe，明显大于没有外场时的 8 Oe。说明磁场可有效增强薄膜的磁各向异性。
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