磁性薄膜系统磁化性质的自旋动力学研究

摘要

磁性薄膜材料在自旋电子器件领域以及数据存储领域中有着重要的应用，磁性薄膜的磁化性质一直受到广泛关注。例如硬盘读取磁头和磁性传感器是利用自旋阀效应，自旋阀是一种多层膜结构，当其中的铁磁/反铁磁双层膜结构出现交换偏置后便会导致两个铁磁层出现两种磁化状态，从而实现两种不同的阻态。另外在磁记录中是利用磁性薄膜的磁化性质实现信息的记录和存储。由此可见，在磁学领域研究磁性薄膜的磁化性质显得尤为重要。
　　磁性薄膜的磁化性质是由磁化过程中自旋的动力学行为决定的，而磁各向异性的方向及强度能够改变磁化过程中自旋的动力学行为。在近些年由于赛道存储器而备受关注的磁纳米带薄膜系统中，形状各向异性显得尤为重要。为此，本论文着重于研究一些磁化过程中（特别是磁化翻转过程中）自旋的动力学行为，以及磁各向异性（特别是形状各向异性）对磁化性质的影响。本文采用自旋动力学模拟的方法对这些内容展开研究，自旋动力学的方法允许我们考虑微观自旋的相互作用，能够较理想地研究自旋的动力学行为，进而研究磁性薄膜的磁化性质。第三、四章是本篇硕士论文的重点，具体内容如下:
　　1.提出一种新的分析方法来观察交换偏置系统中磁化翻转的具体动力学行为。在铁磁FM/反铁磁AFM的双层膜交换偏置系统中，由于反铁磁层对铁磁层存在单向的钉扎作用使铁磁层存在单向各向异性。由于铁磁层单向各向异性能的存在，原本对称的本征能量势不再对称。基于Stoner-Wohlfarth模型研究发现，不对称的势垒对应着磁滞回线测量中四种不同的动力学过程。这些动力学过程具有拓扑属性，可以通过调节外场的方向来一一获得。通过这种新的分析方法，磁滞回线中的矫顽场、交换偏置场和不对称度都可以定量地计算出来。
　　2.采用自旋动力学模拟的方法研究形状各向异性对磁性纳米带薄膜中磁化性质的影响。由于纳米带较大的长宽比，退磁场在短轴方向非常大，会导致自旋比较容易躺在长轴方向，感生出沿着长轴方向的形状各向异性。形状各向异性会和纳米带中的磁晶各向异性出现共线或者非共线的关系，从而导致两个各向异性互相增强或互相竞争。进而改变体系的等效易轴，等效易轴的变化和纳米带的材料以及纳米带的形状有关。