交换偏置各异性的定量测量.doc

《交换偏置各异性的定量测量.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、交换偏置各向异性的定量测量刘方泽0530092黄鑫0557005摘要：本文研究了利用纵向磁光克尔效应（Longitudinalmagneto-opticalKerreffect,LMOKE）结合旋转磁场的方法（LMOKEwitharotatingfield,ROTMOKE）定量测量Co/IrMn双层膜中交换偏置各向异性的可能性，通过与LMOKE的测量结果比较，我们认为很难通过ROTMOKE方法得到准确的交换偏置各向异性常数，原因是受IrMn反铁磁层的影响，铁磁层Co成为多畴态并且易轴方向会随外磁场的转动而发生变化。关键词：交换偏置，磁

2、光克尔效应图1利用纵向磁光克尔效应测得的Co（38Å）/IrMn（19Å）双层膜常温下的磁滞回线及相应的HC和HE.θ/μradH/Oe1．引言在磁场中沉积铁磁(FM)/反铁磁(AFM)双层膜或将FM/AFM体系在恒定外磁场中从温度T(T高于奈尔温度(TN)而低于居里温度(TC))，冷却至低于TN后，FM/AFM界面发生交换耦合作用，体系的磁滞回线沿磁场反方向偏移原点，同时伴随有矫顽场(HC)的增加，这一现象称为交换偏置，偏移量称为交换偏置场(HE)，如图1。1956年Meiklejohn和Bean在研究被CoO包裹的Co颗粒时首次发

3、现了这一现象[1]，近年来由于FM/AFM双层膜在自旋阀巨磁电阻器件以及磁记录领域具有重要应用价值[2]，对其物理性质的研究也成为了人们关注的热点之一。交换偏置体系的能量密度可表示为：其中H是外磁场，MFM是铁磁层饱和磁化强度，KFM是铁磁层各向异性常数，JINT交换耦合系数，φ和β分别是铁磁层和反铁磁层磁化强度与易轴的夹角。当E取最小值时有：其中MFM是铁磁层饱和磁化强度，HE即交换偏置各向异性常数，是交换偏置现象中的一个重要参数，但是目前定量测量HE的方法并不多。1999年Mattheis等提出了用ROTMOKE方法准确测量铁磁薄

4、膜的各向异性常数的方法[3]，受此启发，我们希望将ROTMOKE应用于定量测量HE，如果能够成功，对于交换偏置的研究将有很大帮助。本文讨论了用ROTMOKE方法测量Co/IrMn双层膜交换偏各向异性的实验方法，对实验数据的分析表明用ROTMOKE很难准确测得交换偏置各向异性常数。2．实验原理与装置实验样品IrMn/Co尺寸为48mm×18mm，由磁控溅射设备完成。先在Si衬底上溅射一层Cu(127.5Å)缓冲层来诱导反铁磁层IrMn的(111)晶向，IrMn层为沿衬底纵向的楔形，厚度0-30Å，之上是铁磁层Co(38Å)，其易轴沿Ir

5、Mn梯度方向，最后沉积一层Cu(42.5Å)以防止氧化。在整个制备过程中，样品始终处于平行于IrMn梯度方向的外磁场内，因此AFM层中便诱导产生了单向各向异性。假设样品中Co是单畴态，IrMn层磁矩方向与Co易轴方向相同并且固定不变，那么样品置于外磁场中时的能量密度可表示为：其中Ku是单轴各向异性常数，MS是饱和磁化强度，Hex表示交换偏置各向异性常数，V是铁磁层体积，H是外磁场，α、φ分别是H和MS与易轴(ea)方向的夹角，如图2(a)，等式右侧第一项表示FM层在H中的能量，第二项表示FM层单轴各向异性能，第三项表示FM层在Hex中

6、的能量。将(3)式对φ求导数并令其等于零便有：令HKu=2Ku/MS得到：由于其中L是转矩，可令l=L/VMS，于是：考虑到实际测量时的误差，在上式中加入误差项a和x0，成为：图2（a）磁场H与归一化的磁化强度M示意图，（b）ROTMOKE实验装置示意图(a)(b)(8)式中H和α已知，只需求出φ便可通过l(α)对φ拟合得到HKu和Hex，为此可使用纵向磁光克尔效应与旋转磁场结合(ROTMOKE)的实验方法[3]。纵向磁光克尔效应的克尔转角θK可表示为[4,5]：其中m1、mt分别为归一化后的饱和磁化强度M在易轴和难轴的分量，θsat

7、对应于α=0°时的克尔转角，等式右侧第二项为小量，可在后面的数据处理中消去，上式成为：这样φ便可由m1=cosφ求得：用可旋转的外磁场代替LMOKE实验装置[6]中固定的外磁场就得到了ROTMOKE实验装置，如图2(b)。磁场由电磁铁产生，强度通过电流控制，借助步进电机实现360°旋转。实验使用的激光波长670nm，入射角约45°，样品表面的光斑直径小于0.2mm，这样通过水平和垂直移动样品，我们就可以对样品表面任意点进行测量。φ图4室温下，H=2000Oe，tAFM=7.3Å处l(α)随φ的变化及l(α)对（7）式的拟合曲线HK1=

8、(156.2±5.5)Oe,Hex=(11.4±2.72.7)Oel(α)θk图3（a）室温下H=2000Oe，tAFM=19Å，α=0处的磁滞回线，（b）tAFM=19Å处θK与α的关系H/Oeθ/μradH/OeθK