铁磁—反铁磁薄膜中的耦合和输运行为研究

发布时间：2017-06-04 13:10

  本文关键词：铁磁—反铁磁薄膜中的耦合和输运行为研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：作为自旋电子学器件的核心部分,磁性金属薄膜具有复杂的磁耦合和电输运现象以及丰富的物理内涵。两个铁磁层之间穿越非磁隔层的层间耦合和相邻的铁磁层与反铁磁层之间的界面耦合在自旋电子学器件中扮演着非常重要的角色,关于层间耦合和界面耦合的研究一直备受关注。本论文的工作是围绕铁磁层/反铁磁界面耦合问题展开的,研究了FeMn为反铁磁层的交换偏置多层膜中铁磁层/反铁磁界面磁矩的状态、复合铁磁层内部的层间耦合、不对称的磁化反转行为、锻炼效应的机制等问题。具体内容包括： 通过在铁磁/反铁磁界面引入超薄Pt插层、在反铁磁层内部引入超薄Pt插层、以及在反铁磁层界面附近引入Pt掺杂,并优化插层和掺杂层的厚度和位置,使FM/FeMn(FM为铁磁层)体系的交换偏置场大幅提升,最高可达无插层时的180%左右。机理分析表明,引入的插层和掺杂层可以改变界面未补偿反铁磁磁矩的数量和状态,从而实现了对界面耦合的调控。 在(Pt/Co)6/Pt(t)/Co,(Pt/Co)6/Pt(t)/Co/FeMn和Co/Pt(t)/[Co/(Pt/Co)5]/FeMn体系中观察到(Pt/Co)6周期层与一个较厚的Co单层之间穿越Pt隔层的层间耦合,发现该层间耦合随隔层厚度增加是振荡衰减的,其振荡周期和衰减长度大大超出了一般的铁磁/非磁/铁磁体系;而且,在(Pt/Co)6/Pt(t)/Co/FeMn体系中,(Pt/Co)6/Pt(t)/Co中的层间耦合可以对铁磁/反铁磁界面耦合产生调节作用,使Co/FeMn界面耦合也随Pt隔层的厚度改变而周期变化。在Co/FeMn体系中研究了沿铁磁层难轴方向(垂直膜面)诱导的交换偏置,发现FeMn层出现了大量的界面未补偿磁矩,远远超出了一般交换偏置体系的水平,体系的磁化反转行为表现出强烈的不对称性,并随着Co层厚度和FeMn层厚度的变化展现出截然不同的特征。进而讨论了交换偏置体系中影响磁化反转不对称性的关键因素,分析了不对称磁化反转行为两种内禀起源的联系。 以多种扫场方式测量了NiFe/FeMn体系的各向异性磁电阻,并借此研究了交换偏置的锻炼效应的角度依赖关系,发现NiFe/FeMn体系中交换偏置的锻炼效应具有多重机制,进而提出了一种基于反铁磁畴态模型的交换偏置衰减机制,很好地解释了锻炼效应中首循环的特殊性。
【关键词】：磁性薄膜 磁耦合 交换偏量 各向异性磁电阻
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O484.43
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 1 引言11-13
• 2 文献综述13-38
• 2.1 磁性薄膜中常见的耦合和输运特性13-20
• 2.1.1 界面耦合和层间耦合13-17
• 2.1.2 铁磁-反铁磁邻近效应17-19
• 2.1.3 各向异性磁电阻19-20
• 2.2 铁磁层的磁各向异性20-22
• 2.3 交换偏置概述22-35
• 2.3.1 铁磁/反铁磁纳米结构中的交换偏置22-24
• 2.3.2 交换偏置的特征现象24-31
• 2.3.3 交换偏置的理论模型31-35
• 2.4 本文工作的意义35-36
• 2.5 实验方法36-38
• 2.5.1 薄膜制备36-37
• 2.5.2 交变梯度场磁强计原理37-38
• 3 界面结构对铁磁/反铁磁界面耦合的影响38-64
• 3.1 铁磁/反铁磁界面Pt插层对(Pt/Co)_3/FeMn和NiFe/FeMn交换偏置的影响38-45
• 3.1.1 Pt插层对(Pt/Co)_4/FeMn垂直膜面方向的交换偏置的促进39-41
• 3.1.2 在NiFe/FeMn界面插Pt对平行膜面方向的交换偏置的促进作用41-43
• 3.1.3 NiFe/Pt(t)/FeMn界面与Co/Pt(t)/FeMn界面之间的共性和差异43-45
• 3.2 铁磁/反铁磁界面Pt插层对界面磁矩的影响45-50
• 3.2.1 Pt插层对NiFe/FeMn和Co/FeMn界面磁矩的影响45-49
• 3.2.2 Pt插层对FeMn/Co体系邻近效应的影响49-50
• 3.3 Pt插层提高FM/FeMn体系交换偏置的机理分析50-51
• 3.4 Co/FeMn/Co多层膜中上下界面的差异51-59
• 3.5 在反铁磁层内部的Pt插层和Pt掺杂对交换偏置的影响59-62
• 3.5.1 在反铁磁层靠近界面的部分引入Pt掺杂对交换偏置的影响59-60
• 3.5.2 在反铁磁层内部引入Pt插层对交换偏置的影响60-62
• 3.6 本章小结62-64
• 4 沿铁磁层难轴方向诱导的交换偏置64-71
• 4.1 Co/FeMn(t_(FeMn))奇特的磁化反转行为64-65
• 4.2 Co(t_(Co))/FeMn奇特的磁化反转行为65-67
• 4.3 对难轴偏置奇特现象的解释：一个改进的Stoner-Wohlfarth模型67-70
• 4.4 本章小结70-71
• 5 (Pt/Co)_n/Pt(t)/Co中长程振荡衰减的层间耦合71-77
• 5.1 (Pt/Co)_4/Pt(t)/Co的层间耦合71-72
• 5.2 Co/Pt(t)/[Co/(Pt/Co)_(n-1)]/FeMn的层间耦合72-73
• 5.3 (Pt/Co)_n/Pt(t)/Co/FeMn的层间耦合73-76
• 5.4 本章小结76-77
• 6 铁磁/反铁磁交换偏置体系中的不对称磁化反转行为77-88
• 6.1 具有堆叠结构的铁磁层的不对称磁化反转行为77-80
• 6.2 不对称磁化反转行为的分类和起源80-86
• 6.3 交换偏置体系不对称磁化反转行为的应用展望86-87
• 6.4 本章小结87-88
• 7 利用各向异性磁电阻研究交换偏置体系的锻炼效应88-101
• 7.1 沿不同初始方向施加测量场的锻炼效应89-91
• 7.2 首次反转时的特殊性91-92
• 7.3 锻炼效应的多重机制92-95
• 7.4 用一个基于畴态模型的机制来解释锻炼效应的首循环特殊性95-99
• 7.5 本章小结99-101
• 8 结论101-103
• 参考文献103-121
• 作者简历及在学研究成果121-124
• 学位论文数据集124

【参考文献】

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1 白宇浩;云国宏;;交换各向异性与单轴各向异性非共线时铁磁/反铁磁体系的交换偏置[J];中国科学(G辑:物理学 力学 天文学);2009年08期

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本文编号：421068