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自从在磁性多层膜中观测到反铁磁耦合现象以来,特别是该现象引起的巨磁电阻效应和该系统在自旋电子器件和磁记录中的重要应用,层间耦合效应受到广泛研究。随着间隔层的厚度变化,相邻铁磁层间呈现铁磁耦合或反铁磁耦合是比较普遍的现象。最近,也有关于覆盖层导致的新颖的层间耦合出现和温度导致的层间耦合反转的报道。但在垂直易磁化的多层膜样品中,相关的报道较少。
为了研究反铁磁材料对垂直磁各向异性多层膜的磁性影响,采用磁控溅射制备了变化的反铁磁层FeMn厚度的Pt(40A)/[Pt(3A)/Co(5A)]3/FeMn(tA)楔形样品。在剩磁状态下用XMCD测量不同反铁磁层厚度下样品Co/FeMn界面的净磁矩。结果表明,反铁磁层仅在界面处存在Fe的净磁矩,且其磁矩与铁磁金属Co的磁矩共线,即均倾向于垂直膜面的方向排列。采用循环外磁场的办法,测量了样品的磁锻炼效应。结果显示界面稳定的净磁矩阻止了磁锻炼效应的发生,同时反映样品中单轴各向异性起主导作用,这与XMCD的测试结果是吻合的。而样品的矫顽力Hc和偏置场HEB对FeMn层厚度的变化关系表明,反铁磁层厚度较薄时,未连续生长的反铁磁层不能钉扎铁磁层,导致样品矫顽力较小和无交换偏置。随厚度增大,逐渐形成一均匀的反铁磁层,对铁磁层提供一个有效场,导致交换偏置效应和矫顽力增强。
采用磁控溅射制备了Co(5A)/Cr(8A)/[Co(5A)/Pt(15A)]2样品,用以研究垂直磁各向异性多层膜中的层间耦合现象。为了避免“针孔”效应,选择Cr层厚度为8A。采用振动样品磁强计分别在不同的温度下测量样品的磁滞回线,结果表明样品具有垂直磁各向异性。通过施加合适的外磁场来实现上层软磁层[Co/Pt]2的磁化反转,但不影响下磁层Co的磁化状态,由上层软磁层[Co/Pt]2的小磁滞回线偏移可确定两铁磁层间的层间耦合场。
由层间耦合场对温度的依赖关系,发现在291K附近存在层间耦合由低温的反铁磁耦合向高温的铁磁耦合转变的现象。根据相关文献报道,该现象是由温度导致铁磁层磁化强度的变化,影响了界面处电子的自旋相关反射相位,从而使层间耦合在温度变化的情况下经历了从反铁磁耦合到铁磁耦合的转变。类似于振荡的绳子中行波的反射一样:在振荡的绳子中传播的行波在自由端反射其相位改变为0,而在固定端反射则相位改变π。