交换弹簧磁性多层膜的磁矩取向及磁滞回线的解析研究

本文以界面交换耦合常数Jⁱ和软磁相厚度L^s为主要参变量,研究了易轴与膜面平行情况下的Nd₂Fe₁₄B/α-Fe磁性多层膜的磁矩随外场变化的取向及磁滞回线,并得到了成核场的解析公式.分析发现,Jⁱ对磁矩取向、钉扎场和矫顽力机理有着较大的影响.当L^s较小时,钉扎场等于成核场,随着Jⁱ的减小 关键词： 成核场 钉扎场 矫顽力 磁滞回线     

不同易轴取向下对Nd_2Fe_(14)B/Fe_(65)Co_(35)磁性双层膜的微磁学模拟

运用三维数值模拟计算方法,计算了膜面外不同易轴取向下Nd2Fe14B/Fe65Co35磁性双层膜的磁滞回线、角度分布、成核场、矫顽力和磁能积等,并与实验结果进行了细致比较.计算结果表明:只有当易轴与外场之间的夹角β=0?时,才有明显的成核现象,其成核场和矫顽力均随着软磁相厚度Ls的增加而降低;随着易轴偏角β的增大,剩磁逐渐减小,磁滞回线的方形度降低,从而磁能积减小,在Ls=1 nm,β=0?时磁能积(561.61 kJ/m3)最大.理论计算所得的磁滞回线与实验磁滞回线符合得很好,剩磁和矫顽力的理论值与实验值相差很小.     

易轴取向对Nd2Fe14B/α-Fe双层膜退磁过程影响的微磁学分析

运用一维和三维微磁学模拟探究了易轴与外场存在偏角β情况下Nd₂Fe₁₄B/α-Fe 双层膜的磁矩反转过程, 计算了磁矩反转过程中磁滞回线和磁能积, 并与实验结果进行了对比. 计算结果表明, 在膜面内的易轴偏角β严重影响磁矩反转过程. 当β≠0°时, 磁矩反转过程中无明显成核现象, 随着易轴偏角β的增大, 剩磁显著减小, 磁滞回线方形度变差, 导致磁能积急剧减小. 对于Nd₂Fe₁₄B(10 nm)/α-Fe(8 nm)双层膜, β=10°时, 最大磁能积下降30.3%. 在磁矩反转过程中, 总能量最大时对应的外磁场能随易轴偏角的增大而减小, 交换作用能先增大后减小, 磁晶各向异性能则随着易轴偏角的增大而增大. 软磁相厚度越大, 双层膜的磁能积受易轴偏角影响越大. 在膜面外的易轴偏角对磁矩反转过程也有类似的影响. 关键词： 微磁学模拟 磁晶易轴 磁能积 能量     

垂直取向Nd2Fe14B/α-Fe磁性三层膜的磁化反转

运用微磁学方法结合物质参数探究了垂直取向Nd2Fe14B/α-Fe磁性三层膜的磁化反转过程,计算出成核场、钉扎场以及磁滞回线随Ls(软磁相厚度)的变化,并与相关的实验和理论数据进行比较.由于考虑了退磁能量项,垂直取向的成核场比平行取向时低,在外磁场还没有反向时就发生了成核.随着软磁相厚度的增加,理论矫顽力从等于成核场(同时也等于钉扎场),到等于钉扎场,再到小于钉扎场,矫顽力机理由成核变为钉扎.     

垂直取向Nd2Fe14B/α-Fe磁性三层膜的磁化反转

运用微磁学方法结合物质参数探究了垂直取向Nd₂Fe₁₄B/α-Fe磁性三层膜的磁化反转过程,计算出成核场、钉扎场以及磁滞回线随Ｌ^s（软磁相厚度）的变化,并与相关的实验和理论数据进行比较.由于考虑了退磁能量项,垂直取向的成核场比平行取向时低,在外磁场还没有反向时就发生了成核.随着软磁相厚度的增加,理论矫顽力从等于成核场（同时也等于钉扎场）,到等于钉扎场,再到小于钉扎场,矫顽力机理由成核变为钉扎. 关键词： 成核场 钉扎场 矫顽力 磁滞回线     

Nd_2Fe_(14)B/α″-Fe_(16)N_2双层膜磁性能和磁化反转过程的研究

本文运用三维微磁学方法对Nd_2Fe_(14)B/α″-Fe_(16)N_2磁性双层膜模型垂直取向的磁滞回线、磁化反转过程、矫顽力和磁能积等进行了系统的研究.计算结果表明磁滞回线的方形度随着软磁层厚度(Ls)的增加而变差.同时,成核场和矫顽力随Ls的增加而单调递减.另外,在磁化反转的过程中发现了磁涡流态的产生和湮灭,而且进一步计算磁化反转过程中的能量变化过程发现涡流态的形成总伴随着能量的减小.剩磁和最大磁能积随Ls的增大先增大,达到峰值后迅速降低,而矫顽力呈单调递减趋势.当Ls=1 nm时,最大磁能积达到最大值81.7 MGOe.     

Nd2Fe14B/α″-Fe16N2双层膜磁性能和磁化反转过程的研究

本文运用三维微磁学方法对Nd2Fe14B/α″-Fe16N2磁性双层膜模型垂直取向的磁滞回线、磁化反转过程、矫顽力和磁能积等进行了系统的研究．计算结果表明磁滞回线的方形度随着软磁层厚度(Ls)的增加而变差．同时,成核场和矫顽力随Ls的增加而单调递减．另外,在磁化反转的过程中发现了磁涡流态的产生和湮灭,而且进一步计算磁化反转过程中的能量变化过程发现涡流态的形成总伴随着能量的减小．剩磁和最大磁能积随Ls的增大先增大,达到峰值后迅速降低,而矫顽力呈单调递减趋势．当Ls=1 nm时,最大磁能积达到最大值81.7 MGOe．     

高斯型非均匀应力对铁磁薄膜磁化性质的影响

采用Monte-Carlo方法研究了高斯型非均匀应力对的铁磁薄膜磁化性质的影响.结果表明: 与易轴平行的拉应力和与易轴垂直的压应力能够增大系统的矫顽场, 而与易轴平行的压应力和与易轴垂直的拉应力则会减小系统的矫顽场.在矫顽场增大(减小)的同时, 系统还伴随着剩磁及其矩形度的增大(减小).更有意义的是, 在与易轴平行的压应力或与易轴垂直的拉应力作用下, 在应力的集中区域会出现“易轴旋转”的现象. 这种产生“易轴旋转”的应力集中区域的范围强烈地依赖于应力的强度和分布宽度. 关键词： 铁磁薄膜 非均匀应力 Monte-Carlo方法 磁滞回线     

晶粒易轴取向度对纳米晶永磁Pr2Fe14B磁性的影响

构造了立方和不规则形状晶粒的各向异性纳米晶单相Pr₂Fe₁₄B磁体 .利用微磁学的有限元法，模拟计算了样品的磁滞回线.计算结果表明，随着磁体晶粒易轴取向度的变差， 磁体的剩磁、矫顽力均随之下降.不同晶粒尺寸的纳米晶单相Pr₂Fe_{14B磁体，其磁 性能随取向度的变化快慢不同，原因在于磁体中的晶间交换作用 (IGEC) 的强弱不同.随着 晶粒取向度的提高，纳米晶单相磁体的矫顽力逐渐增加，这完全不同于烧结磁体. 关键词： 纳米晶磁体 矫顽力 剩磁}     

晶粒易轴取向度对纳米晶永磁Pr2Fe14B磁性的影响

构造了立方和不规则形状晶粒的各向异性纳米晶单相r2Fe14B磁体.利用微磁学的有限元法,模拟计算了样品的磁滞回线.计算结果表明,随着磁体晶粒易轴取向度的变差,磁体的剩磁、矫顽力均随之下降.不同晶粒尺寸的纳米晶单相Pr2Fe14B磁体,其磁性能随取向度的变化快慢不同,原因在于磁体中的晶间交换作用(IGEC)的强弱不同.随着晶粒取向度的提高,纳米晶单相磁体的矫顽力逐渐增加,这完全不同于烧结磁体.     

纳米结构SmCo/FeCo多层薄膜的磁性

研究了用磁控溅射方法制备的纳米结构Sm₂₂Co₇₈单层膜、Sm₂₂Co₇₈/Fe₆₅Co₃₅双层膜及Sm₂₂Co₇₈/Fe₆₅Co₃₅/Sm₂₂Co₇₈三层膜的磁性,特别是双层膜及三层膜系统中的Fe₆₅Co₃₅软磁层厚度d对薄膜剩磁比(M_r/M_s)和矫顽力(H_c)的影响.所有样品的磁滞回线测量表明,该系列薄膜的易磁化轴在膜面内.磁滞回线的单一硬磁相特征,说明SmCo硬磁层与FeCo软磁层之间的交换相互作用使两相很好地复合在一起.在双层膜和三层膜中,M_r/M_s随软磁层厚度d的增加单调上升,而矫顽力随d的变化出现一峰值.通过研究ΔM随磁场H的变化,发现随着软、硬磁相界面数的增加,ΔM曲线的正峰数量逐渐减少;负峰数量逐渐增强,负峰的半高宽逐渐减少. 关键词：     

铁磁/反铁磁/铁磁三层膜系统中反铁磁自旋结构及其交换各向异性

研究铁磁/反铁磁/铁磁三层膜中界面存在二次以及双二次交换耦合下反铁磁磁矩转动及其交换各向异性.结果表明,其反铁磁膜中的磁矩转动存在可逆"恢复行为"、不可逆"连续倒转行为"以及不可逆"中断倒转行为"三种情形,三种情形的出现强烈地依赖于两界面处的线性耦合和双二次耦合.钉扎界面的交换耦合与旋转界面的交换耦合相互竞争,当钉扎界面耦合占主导时,反铁磁磁矩发生可逆"恢复行为",系统出现交换偏置.在旋转界面耦合占主导情形下,其线性耦合与双二次耦合也相互竞争,分别导致反铁磁磁矩发生不可逆"连续倒转行为"和不可逆"中断倒转行为",系统都不出现交换偏置,但矫顽场都得以增强.相关结论为实验上观测的磁滞能耗以及界面垂直耦合提供了可能的解释.     

铁磁/反铁磁双层膜系统中的交换偏置及矫顽场的温度特性

提出了一个讨论铁磁／反铁磁双层膜中的交换偏置及矫顽场温度特性的物理模型，该模型，假设铁磁层为具有单畴各向异性的单畴膜而反铁磁层由许多相互独立具有多晶各向异性的颗粒组成，其温度依赖性主要来源于系统态的热不稳定，包括反铁磁颗粒易轴取向的热涨落和相关磁学量的温度依赖性等。计算结果表明其交换偏置随温度的增加非线性地减少而其矫顽场在体阻截温度处达极大值，且其体阻截温度随反铁磁颗粒粒径的增加而增加。我们的计算结果和相关实验结果一致，通过本的讨论，我们建议通过铁磁膜耦合上大粒径硬反铁磁颗粒膜可获得高交换偏置、低矫顽场且近独立于温度的相关磁学器件。     

非磁性掺杂下的铁磁/反铁磁系统中的交换偏置和矫顽场

采用Monte Carlo方法,分别讨论了在铁磁/反铁磁双层膜和铁磁/反铁磁单层混合膜中,掺入非磁性物质后,掺杂浓度对交换偏置以及矫顽场的影响.计算结果表明:随着掺杂浓度的增大,双层膜和单层膜交换偏置都有先增大后减小的现象,而其矫顽场则先减小后增大.在相同掺杂浓度下,对随机掺杂和规则掺杂两种不同掺杂方式的结果比较发现:铁磁/反铁磁双层膜中,规则掺杂下产生的交换偏置和矫顽场都得到了增强;对于单层混合膜,随机掺杂下的交换偏置更强,规则掺杂下的矫顽场更大.研究发现对于双层膜规则掺杂可明显地导致其磁滞回线的不对称性,说明铁磁/反铁磁系统中磁滞回线的不对称性与界面自旋微结构密切相关.     

铁磁/反铁磁双层膜中的磁锻炼效应

采用Monte Carlo 方法,研究铁磁/反铁磁双层膜中的磁锻炼效应.结果表明,反铁磁层中冷场诱发的界面净磁化(钉扎效应)的磁弛豫可导致系统中的交换偏置场的磁锻炼效应.进一步研究表明,反铁磁层中掺杂可调控交换偏置场的磁锻炼效应,原因在于反铁磁层中掺杂能有效地改变冷场诱发的净磁化的磁弛豫过程.     

Bi对自旋阀钉扎场的影响及机理

实验发现将Bi插入自旋阀多层膜TaNiFeCuBi(x)NiFeFeMn中可以显著地提高自旋阀的钉扎场Hex.采用XPS对Cu,Bi元素的分布情况进行了研究,发现Bi的插入明显抑制了Cu原子在自旋阀的制备过程中在NiFeFeMn界面的偏聚.进一步研究表明:自旋阀钉扎层NiFeFeMn界面中,Cu原子的存在是导致自旋阀Hex小于TaNiFeFeMn多层膜Hex的主要原因. 关键词： 自旋阀 钉扎场 交换各向异性 表面活化剂     

Nd-Fe-B/FeCo多层纳米复合膜的结构和磁性

制备了Nd₂₈Fe₆₆B₆/Fe₅₀Co₅₀多层纳米复合磁性薄膜，对溅射态和650℃退火处理15 min试样的相成分分析和微结构的观察显示，溅射态薄膜呈非晶态，经650℃退火处理15 min后，薄膜主要相成分为硬磁性Nd₂Fe₁₄B相和软磁性相FeCo(110)相.Nd₂Fe₁₄B相呈柱状，其易磁化c轴垂直于膜面，尺寸约10 nm.在硬磁性相和软磁性相之间存在少量富Nd相和非晶态，富Nd相大小约7 nm.磁性测量和分析表明，1)该系列薄膜退火态具有垂直于膜面的磁晶各向异性.2)对于固定厚度(10 nm)层Nd-Fe-B和不同厚度(t_FeCo=1—100 nm)层FeCo多层纳米复合膜,剩磁随软磁相FeCo 厚度的增加快速增加，而矫顽力则减小.当t_FeCo=5 nm时，最大磁能积达到200 kJ/m³. 3)硬磁相Nd-Fe-B层和软磁相FeCo层之间交换耦合导致剩磁和磁能积增强. 关键词： Nd-Fe-B/FeCo多层纳米复合膜 交换耦合 磁各向异性     

具有垂直各向异性(Pt/Co)n/FeMn多层膜的交换偏置

采用磁控溅射方法制备了以Pt为缓冲层和保护层的具有垂直各向异性(Pt/Co)n/FeMn多层膜.研究结果表明,多层膜的垂直交换偏置场Hex和反铁磁层厚度的关系与其具有平面各向异性的交换偏置场随反铁磁层厚度变化趋势相近.随着铁磁层调制周期数的增加,垂直交换偏置场Hex相应减小,并且与铁磁层的调制周期数近似成反比关系.(Pt/Co)3/FeMn的垂直交换偏置场Hex已经达到22.3kA/m.为了进一步提高Hex,在Co/FeMn的界面插入Pt层,当Pt层厚度为0.4nm时,Hex达到最大值39.8kA/m.     

退火对IrMn基磁隧道结多层膜热稳定性的影响

采用磁控溅射方法制备了结构为IrMn/CoFe/AlO_x/CoFe的磁性隧道结多层膜,样品置于真空磁场中进行退火处理. 将在不同温度退火的磁隧道结结构多层膜置于负饱和场中等待,研究退火温度对样品热稳定性的影响. 结果表明:退火提高了多层膜反铁磁层的单轴各向异性能,增加了样品的交换偏置;随着负饱和场等待时间的延长,被钉扎层的磁滞回线向正场偏移,交换偏置单调减小,但退火减弱了这种趋势. 关键词： 磁隧道结 交换偏置 磁化反转     

Nd28Fe66B6/Fe50Co50双层纳米复合膜的结构和磁性

利用磁控溅射法制备了Nd28F66B6/Fe50Co50双层纳米复合磁性薄膜,研究了其结构和磁性.经873K退火处理15min后,利用x射线衍射仪测定薄膜晶体结构,采用俄歇电子能谱仪估算薄膜厚度和超导量子干涉仪测量其磁性.磁性测量表明,1)该系列薄膜具有垂直于膜面的磁各向异性.从起始磁化曲线和小回线的形状特征可知,矫顽力机制主要是由畴壁钉扎控制.2)对于固定厚度(10nm)层的硬磁相Nd-Fe-B和不同厚度(dFeCo=1-100nm)层软磁相FeCo双层纳米复合膜,剩磁随软磁相FeCo厚度的增加快速增加,而矫顽力则减少.当dFeCo=5nm时,最大磁能积达到160×103A/m.磁滞回线的单一硬磁相特征说明,硬磁相Nd-Fe-B层和软磁相FeCo层之间的相互作用使两相很好地耦合在一起.剩磁和磁能积的提高是由于两相磁性交换耦合所致.