Ir 20 Mn 80 /Co 40 Fe 40 B 20 双层膜交换偏置效应研究

发布时间：2020-12-07 16:23

　　本文致力于探索IrMn/CoFeB交换偏置薄膜磁化翻转的机制,主要分析磁化翻转的过程中,铁磁层内部是否存在平行于界面的磁畴壁结构;以及在磁化翻转过程中,铁磁层内部磁畴壁的演化规律。利用实验观察给出理论模型的直接证据,对交换偏置机理做出实验上的补充。本文采用了直流磁控溅射的方法生长了一系列不同膜厚的IrMn/CoFeB双层膜,并利用克尔显微镜对其宏观磁性能进行了表征。随着铁磁层厚度从15 nm增加到120 nm,样品的偏置场从155 Oe逐渐降低到12 Oe,矫顽力也从60 Oe逐渐降低到35 Oe;随着反铁磁层厚度从0 nm增加到30 nm,样品的偏置场从零迅速增加到170 Oe,矫顽力从8 Oe逐渐升高到15 Oe。而后,利用聚焦粒子束加工技术获得了薄膜截面透射电镜样品,并将其置于洛伦兹透射电子显微镜中进行观察。我们发现了非晶态CoFeB薄膜的微观结构并不均匀,存在一定的元素偏析。又通过加磁场样品杆对样品原位施加磁场,并利用电子全息技术获取了在反磁化过程中样品内部磁力线的分布,详细分析了铁磁层内部反磁化过程的细节。我们利用在氮化硅窗口微栅上直接生长薄膜获取了平面样品,通过原位施加磁场... 

【文章来源】：宁波大学浙江省

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

在10K温度下FeF2/Fe双层膜的磁滞回线

部产生影响，所以铁磁层内部的自旋更加倾向于恢复到和反铁磁界面上自旋方向相同的状态，这就使得磁滞回线完全的偏离了原点，产生了交换偏置效应。图1.2 交换偏置理论经典模型[9]Fig. 1.2 The classical model of exchange bias[9]利用这个模型，我们基本上可以定性的理解交换偏置现象偏置场的起源，其实就是源自于界面处反铁磁层未补偿自旋对铁磁层自旋的钉扎作用。除却上面的一些理想化模型的假设之外，经典模型最大的问题是不能很好的定量的解释偏置场的大小。根据这个理论模型，我们可以得到一个公式：HEFM FMM tσ= (公式 1)公式 1 中，偏置场HE等于交换能σ 和铁磁层磁化强度MFM和铁磁层厚度tFM的比值。但是，利用这个公式进行理论计算得出的结果，总是要比实验测得的偏置场要大几个数量级。这就说明，经典模型在定量分析上存在着一定的问题。

是使得那些未补偿磁矩也随之发生倾转，这样大大降低了翻转铁磁层需要的磁场，由此计算得出的交换偏置场的理论值就更加贴近于实际情况了。图1.3 平面磁畴壁理论模型[18]Fig. 1.3 The in-plan domain model for exchange bias[18]但是这个模型无法解释界面粗糙度对交换偏置的影响，无法解释交换偏置的磁锻炼效应，且并不适用于全部交换偏置体系。实际验证反铁磁内部是否存在弹簧结构也是一个非常巨大的挑战，直到模型提出的十几年后，随着同步辐射技术的发展，人们才利用X 射线磁线二色性(XMLD)谱分析了反铁磁的自旋变化情况，验证了这一模型的存在。1.2.3 随机场模型同样在 1987 年，Malozemoff 也提出了一种对经典模型的修正模型[19]。他主要是从界面的缺陷和粗糙度对偏置场影响的角度出发，如图1.4 所示，他认为在实际情况中，铁磁相和反铁磁相的界面一定不是完美的


本文编号：2903556