雙二次耦合場對鐵磁／反鐵磁雙層膜中交換偏置場的影響

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1、2009年1月內(nèi)蒙古大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)Jan．2009第40卷第1期JournalofInnerMongoliaUniversityVo1．40No．1文章編號：1OOO一1638(2009)01—0046—06雙二次耦合場對鐵磁／反鐵磁雙層膜中交換偏置場的影響鄭琳，云國宏～，榮建紅。(1．包頭師范學(xué)院物理系，內(nèi)蒙古包頭014030；2．內(nèi)蒙古師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院，呼和浩特010020；3．內(nèi)蒙古大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院物理系，呼和浩特010021)摘要：研究了界面雙線性耦合和雙二次耦合對鐵磁／反鐵磁雙層膜中交換偏置場的影響．結(jié)果表明：隨著雙線性耦合場或雙二次耦合場的增加，交換偏置

2、場的最大值位置向易軸靠近．另外，交換偏置場隨外磁場角度的變化曲線隨著雙二次耦合場的增加，逐漸趨于正弦圖像．其根源在于雙二次耦合場與鐵磁層單軸各向異場二者作用相互抵消。使曲線趨于光滑．鐵磁層的磁滯回線對雙二次耦合場也有一定的依賴．關(guān)鍵詞：鐵磁／反鐵磁雙層薄膜；交換偏置場；雙二次耦合場．夕磁場角度中圖分類號：0521；TM27文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A鐵磁／反鐵磁雙層薄膜在外磁場中從高于反鐵磁的奈爾溫度冷卻到低溫后，鐵磁層的磁滯回線沿磁場方向偏離原點(diǎn)，其偏離量被稱為交換偏置場H，同時伴隨著矯頑力的增加，這一現(xiàn)象被稱為交換偏置．1956年Meiklejion和Bean首先在CoO／Co顆粒中發(fā)現(xiàn)了交換偏置現(xiàn)

3、象。，近十幾年來，由于交換偏置現(xiàn)象在巨磁電阻器件中的實(shí)用化過程中起到了重要作用而引起人們廣泛研究，例如它可以提高磁記錄讀出頭的靈敏度，還可以作為磁隨機(jī)存儲器的基本結(jié)構(gòu)，另外在磁傳感器方面也得到了廣泛應(yīng)用．Meiklejion和Bean“q給出了最早的模型，假設(shè)反鐵磁界面是未補(bǔ)償型，即界面上有凈磁矩產(chǎn)生，且反鐵磁層具有很強(qiáng)的單軸各向異性，因此通過界面的交換耦合作用使得在鐵磁層中產(chǎn)生了單向各向異性，也就是交換偏置場，但此模型給出的值比實(shí)驗(yàn)值大兩個數(shù)量級．此后也有很多學(xué)者也都建立了各種模型試圖來解釋交換偏置現(xiàn)象∞．但是由于影響交換偏置的因素很多如溫度效應(yīng)cs州，、顆粒尺寸。、界面粗糙度∞、外加磁

4、場的方向Ⅲ等等，至今還未能給出一套完整的理論模型來清楚地認(rèn)識其物理根源．通常所討論的交換偏置都是由雙線性界面耦合作用所導(dǎo)致的，但是Koon利用微磁學(xué)證明在鐵磁／反鐵磁中，如果反鐵磁層在界面的自旋為完全補(bǔ)償型，雙線性界面耦合無法使體系產(chǎn)生交換偏置，只有反鐵磁層與鐵磁層的自旋處于穩(wěn)定的互相垂直狀態(tài)時，體系才可能產(chǎn)生交換偏置，后來把這種耦合稱為spin—flop耦合，它在表達(dá)式中體現(xiàn)為雙二次耦合項(xiàng)．通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)在某些鐵磁／反鐵磁體系中確實(shí)有雙二次耦合存在卜．此外，Dimlrov對其所得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析后提出未補(bǔ)償界面和補(bǔ)償界面都是一種理想情況，真實(shí)界面上的自旋存在明顯的任意性，所以交換耦

5、合能還應(yīng)包括雙二次耦合項(xiàng)，但未進(jìn)行相應(yīng)的理論討論．隨后，Spenato等人在假設(shè)交換耦合能可表示為E(*收稿日期：2008—06—10基金項(xiàng)目：教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才計劃(NCET一05—0272)、國家自然科學(xué)基金(10147203)、國家自然科學(xué)基金(50862007)教育部科學(xué)技術(shù)研究重大項(xiàng)目(206024)作者簡介：鄭琳(1981～)，女，內(nèi)蒙古呼倫貝爾市人，助教，碩士．第1期鄭琳等雙二次耦合場對鐵磁／反鐵磁雙層膜中交換偏置場的影響47一OF)一COS(r—OF)的形式時(其中當(dāng)一2時的項(xiàng)代表雙二次耦合項(xiàng))，能根據(jù)這一能量形式對非對稱的磁滯回線給出了很好的模擬，發(fā)現(xiàn)磁滯的非對稱性與能

6、量形式有關(guān)．另外Joo—VonKim等人。。在理論上研究交換偏置場隨外磁場角度關(guān)系時發(fā)現(xiàn)界面的自旋結(jié)構(gòu)對于復(fù)雜的角度關(guān)系起了重要作用．綜上可以看出雙二次耦合是不容忽略的，我們必須將雙二次耦合的影響考慮進(jìn)來．以上討論都只適用于特定體系，因此為了進(jìn)一步了解交換偏置的本質(zhì)，而本文將通過能量極小原理討論雙二次耦合對未補(bǔ)償界面的交換偏置場隨外磁場角度變化關(guān)系以及鐵磁層磁滯回線的影響．1物理模型考慮鐵磁／反鐵磁雙層膜，假設(shè)鐵磁層和反鐵層都具有單軸磁晶各向異性并且兩各向異性軸同向．由于界面的交換耦合作用使得鐵磁層中形成單疇，Zhou等人通過MOKE測量方法在Permalloy／Fe。Mn。中發(fā)現(xiàn)了這種單

7、疇結(jié)構(gòu)的存在“．另外，由于Parkin等人在Ni。。Fe。／Fe。Mn。體系中發(fā)現(xiàn)當(dāng)Ni。Fe。。厚度為時，磁化強(qiáng)度在鐵磁層中均勻分布．因此可以假設(shè)鐵磁層中的磁矩在外磁場下一致轉(zhuǎn)動．為了簡單起見，假設(shè)單向各向異性軸與鐵磁層的易軸同向．體系的自由能可以表示為E===KFt，sin0F+KAFt^Fsin0F——JElCOS(0V——0AF)+JE2COS。(一0F)一HM,tFCOS(d一)(1)其中0hOAF和a分別是鐵