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在磁性超薄膜的研究中,Fe膜随着其晶格常数的不同,可以表现出丰富的磁相。这使得Fe/Cu(∞1)磁性与结构的研究成为了低维磁学研究中最活跃的课题之一。
本论文中利用磁光克尔效应(SMOKE)、低能电子衍射(LEED)、反射式高能电子衍射对Fe/Cu(∞1)以及Ni/Fe/Cu(∞1)的结构和磁性的温度特性进行了研究,并阐明了Ni诱导Fe/Cu(∞1)自旋重取向(SRT)的物理机制。
生长温度对Fe/Cu(∞1)的结构和磁性有着很大的影响。低温下(11OK),1~4ML的Fe是fct结构,其易磁化轴是垂直于膜面的;在4~5ML的时候,伴随着薄膜结构从fct向bcc的转变,Fe膜的易磁化轴发生了从垂直于膜面到平行于膜面的自旋重取向过程。在Cu(001)表面生长的3ML左右的Fe薄膜,在进行室温退火的过程中会伴随着结构从fct到bcc的不可逆转变,同时Fe小岛逐渐长大直到饱和(230K左右);与之相对应的,Fe膜的磁性也发生了不可逆的变化。当退火循环完成以后,Fe膜的结构不再随温度变化,其磁性也成了温度的函数。
在低温下(nOK),楔形Fe/Cu(∞1)表面覆盖少量的Ni,会使得Fe/Cu(001)的自旋重取向过程提前。这个现象有可能是以下两个因素导致:(1)Ni的覆盖导致了Fe薄膜发生了结构变化。(2)Ni的覆盖改变了Fe薄膜的表面各向异性能。实验证实和理论上的估计证实,Ni的覆盖虽然一定程度上改变了Fe薄膜的面内晶格常数,但不会导致Fe薄膜的相变和自旋重取向的发生。Ni诱导Fe/Cu(∞1)自旋重取向的发生来自于Fe的表面各向异性能的改变。另外,实验发现,Ni的覆盖对Fe表面各向异性常数的改变只跟Ni的厚度有关,而跟温度无关的。不同厚度的Fe要发生自旋重取向过程所需的Ni的厚度是不同的。这样,通过将Ni外推到0ML,就可以得到了低温(110K)下fct的Fe非结构变化而产生自旋重取向的真正厚度。