铁磁_反铁磁双层膜中交换偏置

72物理学进展23卷的不对称性[60,113～114]。目前观察磁畴的方法主要有磁光克尔效应[115],磁光法拉第效应[116],洛伦兹显微镜[117～118],自旋极化二次电子显微镜[119],磁力显微镜[120]。

(7)磁二色谱。物质中的电子受XΟ射线的作用将被激发到高能态,然后回到基态释放出光子。磁二色谱主要研究光子能量随外场及温度的变化规律。上面介绍的磁力显微镜等磁畴观测方法只依赖于强磁性物质地平均磁化强度,而磁二色谱技术中不同的磁性元素具有不同的特征谱,它能对磁性合金、多层膜、超晶格及反铁磁中的单个元素进行表征,因此能研究铁磁/反铁磁双层膜界面的形貌结构、反铁磁的磁畴结构,在研究交换偏置的机理方面具有独到的作用[121～122]。例如,Parkin等人利用磁二色谱首次发现场冷导致了反铁磁层磁畴结构的再构[60]。除了以上方法以外,研究铁磁/反铁磁交换偏置的实验方法还有交流磁化率、布里渊光散射及穆斯堡尔谱等方法,感兴趣的读者可以参考相关的文献[7

]。

3　理论模型

311　(ΟB)模型

当温度介于铁磁物质的居里温度Tc和反铁磁

物质奈尔温度TN之间时,TN<T<Tc,尽管FM/

AFM双层膜中铁磁和反铁磁自旋在界面存在相互

作用,铁磁层的自旋在外场作用下沿磁场方向规则

排列,但是反铁磁自旋仍然处于无序状态、随机排

列,因而总的耦合为零。当温度T<TN时,反铁

磁层的自旋出现磁有序。当FM层的磁矩随外场

翻转时,即+M→-M,由于AFM层大的各向异

性,AFM层的自旋仍在原来的方向,因此FMΟ

铁磁/反铁磁双层膜中磁场及磁化AFM自旋之间的界面作用使得FM层的磁矩翻转图8　

时能量增高,换言之,使得FM层磁化强度保持在强度的方位角

+M的方向时,为低能态,也就是说FM的自旋只有一个单稳态,从而产生单向各向异性。因此要使FM层磁化强度翻转必须加一个更大的外场。而在-M→+M的过程中,FM层的自旋只需一个较小的场就能开始翻转,好象处在一个外加的偏置磁场中,因此磁滞回线向负场的方向偏移。

基于上述考虑,Meiklejohn和Bean提出了此领域中的第一个理论模型

,主要包含以下一些假设[1～2,123]。

(1)铁磁层中的自旋方向及反铁磁中子晶格的自旋方向在整个样品中取向相同。(2)对于理想界面,FM及AFM原子在界面处都在一个光滑的平面上,与FM层相邻的AFM面上原子自旋未补偿,有剩余磁矩。(3)铁磁和反铁磁的自旋在其界面互相耦合,单位面积的界面耦合能为Jex。(4)反铁磁层中存在单轴各向异性,各向异性常数为KAFM。(5)铁磁层的磁化强度在外场中一致转动。