铁磁_反铁磁双层膜中交换偏置

70物理学进

展23卷不在面内。Maat和Parkin等人在外磁场中对CoO/Co/[Pt/Co]N样品进行了场冷,其中外磁场分别沿着与膜面平行和垂直的方向。然后分别测量样品的平行和垂直方向的磁滞回线,结果发现面内的偏置场大于垂直方向的偏置场,从而推断反铁磁自旋与界面成一定角度[75]。在FeF2和FeMn构成的双层膜中,研究发现当反铁磁的自旋完全平行于界面时,如FeF2(110),交换偏置场最大。当自旋完全垂直于平面时,如FeF2(001),则交换偏置场为零。如果反铁磁的自旋方向介于这两个方向之间时,如FeF2(101)交换偏置场将介于0和最大值之间。直观地认为这个效应来源于铁磁自旋和反铁磁自旋之间的海森堡

α。这里α是铁磁和反铁磁自旋之间的夹角。当铁相互作用,即SFM SAFM=SFMSAFMcos

磁层的自旋平行于平面时,α成为反铁磁自旋与界面之间的夹角,因此当α=0°]cosα=1]HE有最大值。而当α=90°]cosα=0=HE=0。如果按照Mauri,HE∝铁磁的自旋在界面共线排列,事实上并非都是如此Fe3(/Fe体effKeff=KAFMAAFMcosα,也可以得到同样的关系[71]

为自旋补偿型,,[37]。

1111/反铁磁双层膜之外,交换偏置还存在于铁磁/反铁磁的微颗粒中,如CoOΟCo[1～2]、Ni-NiO[78～79]、Fe-FeO[80]、Fe-Fe3O4[81～82]、FeCo-FeCoO[83]、Fe-Fe2N[84]、Co-CoN[85]、Fe-FeS[86]。这些颗粒可以通过电化学沉积、气相沉积、气体冷凝、机械合金化及磁控溅射各种方法制备而成,它们的尺寸在10～100nm不等。由于自旋玻璃、亚铁磁或反铁磁颗粒表面存在一层自旋无序态,尽管没有严格的铁磁/反铁磁界面,但是在这些颗粒中仍然存在交换偏置。由于这些材料缺乏严格的铁磁/反铁磁界面,很难从中得到基本的物理信息。常见的绝缘型反铁磁材料有NiO(520K),CoO(290K),NixCo1-xO。金属型反铁磁有FeMn(490K),NiMn(1070K),IrMn(690K),PtMn(480～980K),PtPdMn(570K),CrMn(450K),CrAl(900K)等,括号内为相应的奈尔温度,更详细的资料读者可以参阅文献[7]。

1112　合成反铁磁结构

合成反铁磁结构(AFM/FM/NM/FM)由于改善了自旋阀器件的热稳定性并提高了自旋阀的交换偏置场,已成为下一代高密度磁记录读出磁头的重要结构[87]。人们经常使用Ru(～1nm)作为非磁层来诱导相邻铁磁层之间的反铁磁耦合。由于交换偏置的界面特性,预计偏置场的大小正比于1/|t1-t2|,其中t1和t2分别是两铁磁层的厚度,但是

[88]一些实验表明,对于合成反铁磁结构HE∝1/|t1-λ,其中λ=0.9。对于FeMn/t2|

Co/Ru/Co合成结构的理论计算和实验研究表明,两层Co之间存在反铁磁耦合,而HE与1/|t1-t2|呈指数关系[89]。

2　基本测量方法

(1)磁化强度。磁滞回线可以常用来反映物质磁性,测量方法主要有振动样品磁强