铁磁_反铁磁双层膜中交换偏置(15)

铁磁_反铁磁双层膜中交换偏置

76物理学进展23

卷B模型相比减少了约100倍。HE(MΟB)/HE(Mauri或Malozemoff)之比接近于铁磁或反铁磁层中畴壁的厚度与晶格常数之比。除此之外,Malozemoff模型还成功解释与交换偏置有关的其它现象:(1)交换场随T/TB线性减小[127];(2)由于该模型中反铁磁层为多畴的假设与Fulcomer和Charap理论模型中的假设相同,所以能够解释热稳定性及磁锻炼效应[63];(3)交换偏置场对AFM厚度存在一个临界值;(4)随机场模型被成功用来解释了NiFe/CoO等双层膜中低温矫顽力与铁磁层厚度的关系[20]。这里特别注意,Malozemoff模型中反铁磁层的畴结构与Mauri模型中畴结构的性质有两点不同:(1)Malozemoff模型认为磁畴被单晶反铁磁中的缺陷钉扎,在磁化翻转的过程中保持不变,而Mauri模型中畴壁只在铁磁层的磁化强度翻转过程中存在;(2)Malozemoff模型中畴壁的法线方向平行于膜面,而Mauri模型中假定畴壁的法线方向垂直于膜。当然,Malozemoff模型也有缺陷,该模型只适用于单晶,。314　AFM表面未补偿自旋

Meiklejojn[1～2],给出的交换偏3和Berkowitz期望从实验上解决这个问题,对场冷后的多层膜进行了静磁测量,发现CoO/MgO多层膜中存在热剩磁,证明了在CoO表面存在未补偿的剩余磁矩[40,128]。发现该磁矩约为未补偿面磁矩的1/100,并且热剩磁和NiFe/CoO双层膜中交换偏置场具有相同的温度依赖关系。因此认为产生交换偏置的根源在于CoO表面未补偿的自旋。实验还发现交换偏置场与反铁磁层的晶粒尺寸成反比例关系,对于规则界面,未补偿自旋数〈ΔN〉∝L0.5(L=为CoO层内晶粒尺

2寸);对于粗糙界面〈,ΔN〉∝L0.9～1.04。因为交换偏置场正比于〈ΔN〉/L,所以近似地可

以给出HE∝L-1。虽然该模型能够很好地解释CoO/NiFe双层膜中的交换偏置,但是此模型认为未补偿AFM自旋结构来源于多晶薄膜,从而对单晶反铁磁层构成的双层膜感到无能为力。

315　spin-flop垂直界面耦合

Koon提出所谓spin-flop模型来解释了补偿界面的交换偏置[37],这里spin-flop一词是指在界面反铁磁自旋与铁磁自旋互相垂直耦合的状态。作者以体心单斜AFM结构为例,其中(100)面的自旋为完全未补偿,在(110)面的自旋为完全补偿。无论补偿情况还是未补偿情况下,界面能密度都是FM层的自旋与AFM的各向异性易轴之间夹角θ的函数。在完全补偿情况下,体系能量在θ=90°时有极小值,这表明存在着垂直耦合。在完全未补偿情况下,界面交换能在θ=0°有极小值。从而证明在铁磁/反铁磁中,如果AFM层在界面的自旋为完全补偿型,AFM与FM的自旋之间可以处于稳定的互相垂直状态,并且存在交换偏置。Spin-flop模型很好地解释了Fe3O4/CoO和Fe3O4/NiO等铁磁/反铁磁界面自旋存在垂直耦合的实验现象[76,112]。文章作者利用微磁学计算表明反铁磁的两套子晶格的自旋分别相对于易轴倾斜,从而在冷却场的反方向有一个小的分量。如果反铁磁界面为非完全补偿型,则铁磁和反铁磁的自旋之间将会处于共线排列,从而存在交换偏置。但是令人遗憾的是,Schulthess和Butler两人发现仅靠这种耦合并不能产生