铁磁_反铁磁双层膜中交换偏置

66物理学进展23卷115　交换偏置的温度效应

一般情况下,铁磁层的居里温度远大于反铁磁层的奈尔温度。交换偏置场将随着温度的升高而逐渐地减小。当测量温度等于某一温度时

交换偏置消失,这一温度被称为截止温度TB,如图4

所示[2]。与反铁磁的Néel温度不同,截止温度不是一

个本征物理量,它依赖于反铁磁材料本身、反铁磁层的

厚度及其晶粒尺寸,有时依赖于缓冲层的材料及厚

度[41～44]。对于有些反铁磁材料,截止温度与Néel温

度接近,而对另外一些反铁磁材料,截止温度则比奈尔

温度低。料及其厚度有着密切的关系。例如FeMn/4FeFHE膜,交换偏置场HE和HC与温度的关系但是,在CoO层的厚度很小,如2nm,则交换偏置场随温[17]。除了交换偏置场随温度变化外,矫顽力也是温度的函数。从图4可以看出,在TB附近矫顽力的曲线出现一个峰[45～47]。当温度接近TB时,AFM层的各向异性能减小。在FM层磁化强度的转动过程中,AFM层的自旋不可逆翻转,从而导致矫顽力的增加。而当温度在TB以上时,AFM层的自旋排列是无序的,它对FM层自旋的翻转没有影响,因此交换偏置场消失、矫顽力减小。但是,最近研究发现当铁磁层的居里温度等于或低于反铁磁层的奈尔温度时,仍然存在交换偏置[48～49],此时交换偏置场不再随温度做单调变化,在铁磁层的居里温度附近有极大值,在高于铁磁层的居里温度时,HE随温度逐渐地减少直至消失。

116　交换偏置的角度依赖关系

交换偏置属于单向各向异性,其角度依赖关系与磁晶各向异性不同,同时有交换偏置时矫顽力与θH的关系也将完全不同,这里θH为外加磁

场与单向各向异性轴之间的夹角。如图5给出CoO(10

nm)/FeNi(30nm)双层膜在低温

80K的结果[50],其中

CoO和FeNi层都为多晶。这里HE=(HSW1+HSW2)/2

和HC=(HSW1-HSW2)/2,其中HSW1和HSW2分别为磁

滞回线的上升支和下降支的转换场。很显然,当外场的正

方向与单向各向异性轴反平行时,交换偏置场为正的。图

5中的曲线并不是一个简单的正弦或余弦函数,而含有高

阶项,可以用下式表示。

HE(θH)=

HC(θH)=n=odd

n=even∑∑bcosnθnθHancosnH图5　CoO(10nm)/FeNi(30nm)双层膜在低温80K时交换偏置场(a)、矫顽力(b)及相应单层(2)膜的矫顽力与θH的关系(1)