外应力场下铁磁/反铁磁双层膜系统的铁磁共振性质

从系统能量出发，采用Smith和Beljers理论方法研究了铁磁/反铁磁双层膜系统在外应力场下的铁磁共振现象.本模型中铁磁薄层具有单轴磁晶各向异性和立方磁晶各向异性，而反铁磁层非常薄因而其能量可忽略.推导出了该系统的铁磁共振频率和频谱宽度的解析式.结果表明：外应力场仅在低磁场下对具有立方磁晶各向异性系统的铁磁共振有影响，且区分弱磁场和强磁场的临界场依赖于外应力场的方向. 关键词： 铁磁/反铁磁双层膜 交换偏置 铁磁共振 应力场     

外应力场下铁磁/反铁磁双层膜系统中的自旋波

采用自由能极小的方法研究了铁磁/反铁磁双层膜系统在外应力场下的一致进动自旋波性质，即铁磁共振现象. 本模型中铁磁层很薄可看成单畴结构，但具有单轴磁晶各向异性和立方磁晶各向异性；而反铁磁层仅具有单轴磁晶各向异性，但其厚度趋于半无穷. 推导出了该系统的铁磁共振频率和频谱宽度的解析式. 结果表明，外应力场和界面交换耦合或反铁磁磁强度仅在弱磁场下对系统的铁磁共振有影响，且系统的铁磁共振行为按磁场强度可分为两支，其区分弱磁场和强磁场的临界场依赖于外应力场的方向. 另一方面，应力场方向的改变可借助于反铁磁层磁畴变化对铁磁层磁晶各向异性轴有影响. 关键词： 铁磁/反铁磁双层膜 界面耦合强度 铁磁共振 应力场     

交换偏置系统中的反铁磁磁化与自旋波

采用自由能变分法研究了铁磁/反铁磁双层膜系统在反铁磁层存在净磁化下的自旋波谱.本模型中铁磁薄层具有单轴磁晶各向异性和立方磁晶各向异性,反铁磁层仅具有单轴磁晶各向异性,但厚度有限,推导出了系统铁磁共振频率的表达式.结果表明：系统的自旋波谱分光学模和声学模两种,其中光学模仅在反铁磁层存在净磁化时得到激发.自旋波谱可按外磁场强度的变化情况分为强弱两支;区分强磁场和弱磁场的临界场依赖于铁磁/反铁磁间的交换作用,反铁磁层的磁化强度以及反铁磁层的厚度等.交换偏置场对光学模的影响明显于声学模,而反铁磁的净磁化和其厚度对系统的影响紧密联系,难以区分.但当反铁磁层净磁化很小可忽略时,系统只存在声学模激发. 关键词： 铁磁/反铁磁双层膜 反铁磁层净磁化 光学模 声学模     

铁磁和反铁磁双层膜中铁磁共振的研究

采用微磁学理论研究了铁磁/反铁磁双层膜中的铁磁共振现象.本模型将铁磁薄层抽象为一个单晶,具有立方磁晶各向异性和单轴磁晶各向异性,而反铁磁层视为厚度趋近于半无穷,且只有单轴磁晶各向异性.推导出了该系统的铁磁共振频率和频率谱宽度的解析式.数值计算表明,铁磁共振模式分两支,取决于立方磁晶各向异性.而界面的交换耦合,是磁易轴具有单向性的起因.     

铁磁/反铁磁双层膜系统中的磁畴动力学行为

比较了铁磁单层膜与铁磁/反铁磁双层膜结构中的磁畴演化行为, 发现由于反铁磁层膜对铁磁层膜的耦合作用使得系统的磁畴壁厚度、 磁畴壁等效质量、磁畴壁移动速度等发生了改变, 系统的矫顽场增强, 并出现了交换偏置场. 文章具体研究了反铁磁层耦合作用下其磁畴壁厚度、 等效质量以及磁畴壁移动速度等与反铁磁层的净磁化、 磁各向异性、界面耦合强度以及温度等的关系; 并研究了其对铁磁/反铁磁双层膜中的交换偏置场、矫顽场的影响. 进而 从磁畴结构的形成及其演化上揭示了铁磁/反铁磁双 层膜中出现交换偏置以及矫顽场增加的物理机制.     

铁磁共振法测磁各向异性

采用铁磁共振方法,研究了铁磁/反铁磁双层膜系统中,因交换耦合以及磁晶各向异性而产生的有效各向异性场.结果表明:被测系统有无交换偏置场以及其正负号性质等均能在共振谱中得到辨析.结果还显示:沿着不同结晶方向施加外磁场,共振场的行为与磁晶各向异性以及铁磁/反铁磁交换耦合作用而诱发的单向各向异性等密切相关.将共振频率的变化看成外磁场(包括其方向和大小)的函数,研究得到了单向各向异性,立方各向异性等对共振频率的影响,并同实验结果做了很好的比较. 关键词： 铁磁/反铁磁双层膜 交换耦合 铁磁共振 单向各向异性     

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.     

掺杂下铁磁/反铁磁双层膜中交换偏置的增强

采用了Monte-Carlo方法，讨论了反铁磁层中不同非磁性掺杂浓度下，铁磁/反铁磁双层膜中交换偏置的温度特性. 模拟结果显示：反铁磁层中非磁性掺杂能导致铁磁/反铁磁双层膜中交换偏置的增强. 同时，交换偏置随非磁性掺杂浓度的变化存在极大值，即同一温度下交换偏置随掺杂浓度的变化是非单调的. 并且，随着温度的升高交换偏置的最大值所对应的掺杂浓度向浓度低的方向移动. 它和Hong Jung-Il等人的实验结果完全一致. 究其原因在于反铁磁层相应的自旋排布、磁畴结构等随掺杂浓度的改变发生大的变化，当其正向磁畴和负向磁畴都形成连通的网络结构时，系统的交换偏置达最大. 比较了随机掺杂与规则掺杂的模拟结果. 模拟结果表明规则掺杂能够获得比随机掺杂更大的交换偏置，进一步表明了铁磁/反铁磁双层膜中交换偏置的特性与铁磁/反铁磁界面磁畴结构密切相关.     

铁磁球/反铁磁纳米体系磁滞回线的Monte Carlo模拟

利用经典Heisenberg模型和Monte Carlo方法研究外磁场和反铁磁磁晶各向异性、交换相互作用对铁磁球均匀嵌入到反铁磁基体中的铁磁/反铁磁纳米体系磁滞回线的影响.模拟结果显示,外加反向最大磁场不同时,磁滞回线形状不同.当磁场正向增加时,体系的磁化强度会产生一个跃变,但跃变高度与反向场最大值无关.反铁磁磁晶各向异性越大,体系的交换偏置现象越明显,且磁化强度回到饱和值所需的外磁场越大.随着反铁磁基体交换相互作用的增大,在正向和负向磁场区域还可能出现新的磁滞现象.     

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.     

Asymmetric magnetization reversal behavior and noncollinear anisotropies in exchange-bias system

The effect of noncollinearity between unidirectional and uniaxial anisotropies on asymmetric magnetization reversal of ferromagnet/antiferromagnet (FM/AFM) bilayer has been investigated. The results show the emergence of noncollinear anisotropies comes from the competition among applied magnetic field, magnetic anisotropy and exchange coupling in FM/AFM interface. The noncollinearity can lead to the asymmetry of hysteresis loop of FM/AFM bilayer. However, when the magnetic field is applied along the uniaxial anisotropy axis of FM layer, the hysteresis loop of FM/AFM bilayer is always symmetry independence of the noncollinear angle. Our results indicate that the asymmetry not only originates from the noncollinearity but also depends on the applied magnetic field orientation. Moreover, the asymmetry of hysteresis loop is always along with the appearance of unequivalence for magnetization reversal of FM/AFM bilayer, and there is a periodicity of π with orientation of applied field for its periodicity independence of the angle of the noncollinearity between the uniaxial and unidirectional anisotropies. The results can help us to open additional avenues to tailor the future advance magnetic device.     

外应力对铁磁/反铁磁体系交换偏置的影响及阶跃现象

采用能量极小原理及S-W模型研究了外应力对铁磁/反铁磁（FM/AFM）双层薄膜体系交换偏置的影响.不施加外磁场时,根据能量与铁磁层磁化强度方向之间的关系,指出体系存在单稳态和双稳态两种不同的状态,是由交换各向异性与单轴各向异性之间的竞争控制的.体系处于单稳态还是双稳态直接决定着交换偏置的角度依赖关系.分析磁化过程发现,外磁场沿内禀易轴及内禀难轴方向施加时,磁滞回线的一支转换场发生突变,而另一支转换场则保持不变,最终导致交换偏置场和矫顽场出现阶跃行为.数值计算表明,交换偏置场和矫顽场在阶跃点均具有较大的数值 关键词： 单稳态 双稳态 外应力     

Interfacial roughness and temperature effects on exchange bias properties in coupled ferromagnetic/antiferromagnetic bilayers

Monte Carlo simulations have been used to study the relationship between the exchange bias properties and the interface roughness in coupled ferromagnetic/antiferromagnetic (FM/AFM) films of classical Heisenberg spins. It is shown that the variation of the exchange bias field versus the AFM anisotropy strongly depends on the FM/AFM interface. Unlike the flat interface, a non-monotonic dependence is observed for the roughest FM/AFM interface. This is explained by canted magnetic configurations at the FM/AFM interface, which appear after the first reversal due to the magnetic frustration. The temperature dependence of the exchange field is also dependent on the roughness. While the exchange field is roughly constant for the flat interface, a decrease is observed for the roughest interface as the temperature increases. This has been interpreted as a significant decrease of the effective coupling between the FM and the AFM due to the disordering of the moments at the FM/AFM interface because of the combination of magnetic frustration and temperature activation.     

Extracting uniaxial anisotropy of ferromagnetic layer in exchange-biased system

Effective anisotropy of the ferromagnetic pinned layer of ferro(FM)-antiferromagnetic (AF)-coupled NiFe(FM)/FeMn(AF) exchange-biased system was investigated in a broad frequency range (100 MHz-5 GHz) using a complex permeability spectrum. The exchange bias and effective uniaxial anisotropy fields of the thin film have been computed theoretically using the Landau-Lifschitz-Gilbert (LLG) equation. From the measurements, uniaxial anisotropy of the pinned FM layer has been extracted to understand the nature of the exchange bias in the system. It is found that the uniaxial anisotropy field of NiFe layer when exchange biased with the AF layer increases from 5 to 15 Oe at different external magnetic fields.     

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。