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由于在自旋阀巨磁电阻和隧道结巨磁电阻器件中的重要应用,铁磁/反铁磁双层膜中的交换偏置效应得到了广泛而深入的研究。铁磁/反铁磁界面上的交换偏置依赖于界面附近铁磁和反铁磁层内的自旋构型,以及铁磁层和反铁磁层的厚度,但其物理机制至今仍然不太清楚。最近,有关具有垂直磁各向异性的交换偏置现象的报道,引起人们极大的关注。铁磁层/反铁磁层界面附近的自旋结构是各种交换偏置理论模型的基础,具有垂直各向异性交换偏置的研究,对于进一步了解界面附近自旋的结构和理论模型的正确建立,有着深远意义。在实际应用方面,具有垂直磁各向异性交换偏置的研究为改善磁随机存储器、读出头和磁传感器等器件的性能提供了重要的科学依据。
采用磁控溅射的方法制备了以Pt为缓冲层和保护层的(Pt/Co)n多层膜。AGM和XRD测量表明:Pt/(Pt/Co)n/Pt多层膜具有良好的垂直磁各向异性和(111)织构。以(Pt/Co)n多层膜为基础,附加反铁磁层FeMn,出现具有垂直磁各向异性交换偏置现象。事实上,(Pt/Co)n/FeMn多层膜中的Co/FeMn界面诱导的是平面磁各向异性,与Pt/Co的界面诱导的垂直磁各向异性不同。研究结果表明,在(Pt/Co)n/FeMn多层膜中的Co/FeMn界面中插入极薄的Pt层后,Pt插层很好地恢复了多层膜的垂直磁各向异性,其交换偏置场Hex将随Pt插层厚度t的增加先增大后减小,在Pt插层的厚度为0.4nm时,交换偏置场Hex达到最大值。
选用NiFe作为铁磁层,用磁控溅射仪沉积制备了Pt/NiFe/FeMn/Pt多层膜,分析其交换偏置场Hex与Pt插层厚度t之间的关系,来进一步研究Pt插层对FM/FeMn之间交换耦合的影响。事实上,Pt插层有缓和交换偏置场下降的作用。