铁磁/反铁磁双层膜中交换偏置

铁磁 /反铁磁交换偏置在巨磁电阻器件中具有重要的应用 ,引起了物理学及材料学等领域内广大科学家的浓厚兴趣。本文首先阐述了交换偏置的基本性质 ;然后简述了交换偏置的实验研究方法 ;最后 ,着重介绍了几种主要的理论模型。     

铁磁/反铁磁双层膜中冷却场对交换偏置场的影响

用铁磁畴壁模型研究了非补偿界面铁磁/反铁磁双层膜中冷却场（包括大小及其方向）对交换偏置场h_E的影响.结果表明：当冷却场的方向与反铁磁层磁易轴一致时,h_E大小与冷却场大小无关.当冷却场的方向偏离磁易轴时,h_E的大小随偏离角度的增大有缓慢的改变,但当冷却场的方向偏离到临界角度γ_c处,h_E的大小发生突变,其γ_c的大小随冷却场的增大而增大.特别是当冷却场的偏离角度大于γ_c后,h_E出现由负转正的现象,其转变点还与冷却场的大小有关.另外,h_E与铁磁层原子层数N_F的关系会发生由h_E∝N^-1_F向h_E∝N^-λ_F的转变,其中λ>1.其发生转变的条件与N_F、冷却场大小和方向密切相关. 关键词： 铁磁/反铁磁双层膜 交换偏置 冷却场     

外应力场下铁磁/反铁磁双层膜系统中的交换偏置

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交换各向异性.本模型中铁磁层具有单轴磁晶各向异性和立方磁晶各向异性，而反铁磁层仅具有单轴磁晶各向异性，但其厚度趋于半无穷.理论上解析地给出了系统的等效交换偏置和钉扎角(它显示了反铁磁层对铁磁层磁化的钉扎作用)与外应力场之间的关系.数值计算表明：系统的等效交换偏置与外磁场的方向有关，而与其大小无关；然而外应力场的大小和方向均对系统的等效交换偏置有影响，其根源在于外应力场的大小和方向都影响着钉扎角. 关键词： 铁磁/反铁磁双层膜 交换偏置 钉扎角 应力场     

交换偏置双层膜中的反铁磁自旋结构及其交换各向异性

研究了交换偏置双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“半转动行为”、不可逆“倒转行为”以及不可逆“半倒转行为”四种情形，四种情形的出现强烈地依赖于界面二次、双二次耦合以及反铁磁膜厚度.其中可逆恢复行为情况下，系统出现交换偏置，而不可逆的半转、半倒转以及倒转情形，系统不出现交换偏置.特别地,在界面处仅存在双二次耦合的情形下，其界面双二次耦合常数J₂≤0.1 σ关键词： 反铁磁自旋结构 交换各向异性 界面双二次耦合 交换偏置     

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。     

铁磁/反铁磁双层膜系统中交换各向异性及其厚度依赖性

研究铁磁/反铁磁双层膜系统中交换偏置场和矫顽场的冷却磁场依赖性.结果表明,随着冷却磁场的增加,交换偏置场由负值向正值转变.在转变点附近,矫顽场有-个特别的增强,并达到最大值.结果同相关实验-致.研究铁磁层和反铁磁层厚度对交换偏置场和矫顽场的影响.发现,正负交换偏置场和矫顽场随着铁磁层厚度的增大而减小,但随反铁磁层厚度的变化关系复杂.在正交换偏置场的情形,随反铁磁层厚度的增大,交换偏置场增强,矫顽场减弱;在负交换偏置场的情形,随反铁磁层厚度的增大,交换偏置场减弱,矫顽场增强.     

热效应在电流驱动反铁磁/铁磁交换偏置场翻转中的显著作用

电流驱动的面内交换偏置场翻转具有无需外磁场辅助、抗磁场干扰以及强磁各向异性等优势,受到广泛关注.然而,在纳米级厚度薄膜系统中,反铁磁/铁磁异质结的阻塞温度较低,同时电流脉冲会产生大量的焦耳热,理论上电流热效应对于交换偏置场翻转有着显著作用,但是其作用机制缺乏相关研究和验证.我们制备了一系列反铁磁IrMn厚度不同的Pt/IrMn/Py异质结,系统性地研究了热效应在电流翻转交换偏置场中的作用机制.结果表明,在毫秒级电流脉冲下,焦耳热能够使得器件升温至阻塞温度以上,解除反铁磁/铁磁界面的交换耦合,同时电流产生的奥斯特场和自旋轨道矩能够翻转铁磁磁矩,在降温过程中完成交换偏置场的翻转.并且,在翻转过程中,反铁磁/铁磁异质结的各向异性磁阻曲线呈现与温度相关的两步磁化翻转现象,分析表明该现象起源于交换偏置耦合与铁磁直接交换作用之间的竞争关系.本文的研究结果厘清了热效应在电流驱动交换偏置场翻转过程中的重要作用,有助于推动基于电控交换偏置场的自旋电子器件发展.     

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     

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.     

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.     

分子束外延生长Fe/Fe_(50)Mn_(50)双层膜的交换偏置

利用表面磁光克尔效应和铁磁共振对分子束外延生长的Fe/Fe50Mn50双层膜的交换偏置场和矫顽力进行了研究,实验结果表明,当反铁磁层厚度小于5.5!nm时,不出现交换偏置,而当大于这一厚度时,出现交换偏置;大约在7!nm时,达到极大值.随着反铁磁层厚度的继续增大,偏置场和矫顽力随Fe50Mn50膜厚的增大而下降.铁磁共振实验结果表明样品的磁性存在单向各向异性.并对上述结果进行了讨论.     

Ta,Ta/Cu缓冲层对NiFe/Fe Mn双层膜交换偏置场的影响

采用磁控溅射方法制备了分别以Ta和Ta/Cu作为缓冲层的一系列NiFe/FeMn双层膜.实验发现,以Ta为缓冲层的NiFe/FeMn双层膜的交换偏置场比以Ta/Cu为缓冲层的NiFe/FeMn双层膜的交换偏置场大.测量了这两种双层膜的织构、表面粗糙度和表面成分.结果表明,以Ta/Cu为缓冲层时,Cu在NiFe层的上表面偏聚是造成NiFe/FeMn双层膜交换偏置场降低的重要原因. 关键词： NiFe/FeMn 交换偏置场 织构 表面粗糙度     

分子束外延生长Fe/Fe50Mn50双层膜的交换偏置

利用表面磁光克尔效应和铁磁共振对分子束外延生长的Fe/Fe₅₀Mn₅₀双层膜的交换偏置场和矫顽力进行了研究,实验结果表明,当反铁磁层厚度小于55nm时 ,不出现交换偏置,而当大于这一厚度时,出现交换偏置;大约在7nm时,达到极大值.随着 反铁磁层厚度的继续增大,偏置场和矫顽力随Fe₅₀Mn₅₀膜厚的增大 而下降.铁磁共振实验结果表明样品的磁性存在单向各向异性.并对上述结果进行了讨论. 关键词： 分子束外延 50Mn₅₀')" href="#">Fe/Fe₅₀Mn₅₀ 双层膜 交换偏置     

Multiple antiferromagnet/ferromagnet interfaces as a probe of grain-size-dependent exchange bias in polycrystalline Co/Fe50Mn50

We have used ferromagnet/antiferromagnet/ferromagnet trilayers and ferromagnet/antiferromagnet multilayers to probe the grain size dependence of exchange bias in polycrystalline Co/Fe₅₀Mn₅₀. X-ray diffraction and transmission electron microscopy show that the Fe₅₀Mn₅₀ (FeMn) grain size increases with increasing FeMn thickness in the Co (30 Å)/FeMn system. Hence, in Co(30 Å)/FeMn(t_AF Å)/Co(30 Å) trilayers the two Co layers sample different FeMn grain sizes at the two antiferromagnet/ferromagnet interfaces. For FeMn thicknesses above 100 Å, where simple bilayers have a thickness-independent exchange bias, we are therefore able to deduce the influence of FeMn grain size on the exchange bias and coercivity (and their temperature dependence) simply by measuring trilayer and multilayer samples with varying FeMn thicknesses. This can be done while maintaining the (1 1 1) orientation, and with little variation in interface roughness. Increasing the average grain size from 90 to 135 Å results in a fourfold decrease in exchange bias, following an inverse grain size dependence. We interpret the results as being due to a decrease in uncompensated spin density with increasing antiferromagnet grain size, further evidence for the importance of defect-generated uncompensated spins.     

Some exact distributions of order parameter in antiferromagnetic and ferromagnetic media

Some exact dynamic and static solutions of Landau–Lifshitz equations in antiferromagnets and ferromagnets found in this work. These solutions can be used for describing distribution of order parameter in small magnetic particles.     

人体胰岛素质子交换反应的核磁共振研究

用线型拟合的方法通过核磁共振谱图测得了人体胰岛素R6六聚体中酰胺质子与重氢的交换速度.因为用这一方法对实验谱图进行计算模拟时考虑了核磁共振谱线所提供的所有信息,所以我们获得了化学位移非常接近的蛋白质酰胺质子与重氢的交换速度,这是用其它方法难以得到的数据.结果表明,用本文所述方法获得的酰胺质子的交换速度与由2DNMR计算所得的蛋白质结构有非常好的吻合.在获得酰胺质子交换速度的基础上,本文详细讨论了交换反应速度与蛋白质结构的关系,结果表明,在该蛋白质中影响酰胺质子交换速度大小的因素以强弱顺序排列为:质子在肽链中的位置 > 是否参与形成氢键 > 蛋白质的二级及三级结构.     

Magnetization modification by superconductivity in Nb/Ni80Fe20/Nb trilayers

We present experimental evidences for magnetization modification by superconductivity in a series of Nb/Ni₈₀Fe₂₀/Nb trilayers. By monitoring the magnetization in a zero field as a function of temperature, we observed an irreversibility in magnetization between the cooling and warming branches just above the superconducting transition temperature T_c. These results suggest that the magnetization of the ferromagnetic Ni₈₀Fe₂₀ layer is reduced by the mutual interactions between the ferromagnet and superconductor. Moreover, this effect diminishes with increasing thickness of the Ni₈₀Fe₂₀ layer, which indicates that the interaction between the superconducting and magnetic layers occurs mainly at the vicinity of the interfaces.