铁磁_反铁磁双层膜中交换偏置(6)

铁磁_反铁磁双层膜中交换偏置

其中θH是测量磁场与单向各向异性轴之间的夹角。它们分别是θH的奇函数和偶函数。用Stoner-Wohlfarth模型来计算磁滞回线时,相应的能量表达式中需要考虑铁磁层的单轴各向异性能。

)-Jexcosβ+KFMsin2β(3)Etot=-HMFMtFMcos(θH-β其中β为铁磁层的磁化强度与单向各向异性轴之间的夹角。当铁磁层为非晶态时,交换

[48]偏置场和矫顽力与θ,不存在高阶项,这可能和该非晶铁磁H呈现简单的三角函数关系

层本身各向异性比较小有关。除此之外,反铁磁层在界面处的缺陷分布也严重影响这一角度关系[38]。对交换偏置角度依赖关系的研究,有利于了解各向异性来源等物理问题。117　冷却场的大小和方向对交换偏置的影响及正交换偏置

对铁磁/生交换偏置。在一般双层膜中,,置。的方向[51～52]。,冷却。这些结论与大多数的实验例如,在CoO/NiFe双层膜中[53],尽管当冷却场小于300Oe时,交换偏置场会随着冷却场的增加而增加。但是当冷却场大于300Oe时,交换偏置场基本不变。最近的实验工作表明在FM/AFM双层膜中铁磁层的磁化强度对交换偏置有更直接的影响[13,55],例如在Co100-xNix/FeMn双层膜中发现界面交换能随FM线性变化。但是,在FeMn/NiFe双层膜中,当冷却场大于50kOe时,HE减少10%。而在IrMn/CoFe双层膜中[54],当冷却场为2.0kOe时,HE增加15%。FeMn/FeNi及IrMn/CoFe中交换偏置场随冷却场的变化可能与反铁磁中的交换作用比较弱有关。因为当反铁磁层中自旋之间的相互作用比较弱时,外场可能改变了AFM层内的自旋结构。

而在外延MnF2/Fe及FeF2/Fe双层膜中,交换偏置场的符号及大小与冷却场的大小有密切关系[51]。当冷却场比较小时,出现负交换偏置场,如果冷却场足够大,则出现正交换偏置场。由负交换偏置到正交换偏置转变所对应的冷却场强烈依赖于反铁磁材料及界面耦合能。由于正的交换偏置无法用原先的一些理论得到解释,人们提出了几种不同的理论模型来解释这一现象[56～59]。Kiwi等人在不完整畴壁(指铁磁体内)模型的基础上提出了新的模型,模型认为铁磁和反铁磁自旋在界面存在反铁磁交换作用,而且只关心反铁磁表面的一层原子的自旋取向,从而将正和负交换偏置统一起来。由于铁磁/反铁磁自旋之间存在反铁磁耦合,反铁磁表面的自旋取向偏离反平行排列,产生一小的净磁矩。当弱冷却场较小,产生的Zeeman能小于界面交换作用能时,净磁矩与铁磁层的磁矩在冷却后反平行排列。而强的冷却场产生的Zeeman能大于界面交换能,净磁矩与铁磁层的磁矩在冷却后平行排列。前者产生负交换偏置场,后者产生正的交换偏置场。当冷却场为它们之间的临界值时,交换偏置场为零。

人们不禁要问,场冷过程使得反铁磁的物理性质发生了什么变化?Berkowitz小组在10kOe的磁场中对CoO/MgO多层膜进行冷却后[40],发现样品沿磁场方向存在小的净磁矩,即出现热剩磁。由于热剩磁与NiFe/CoO双层膜中交换偏置有相同的温度依赖关系,