磁性多层膜系统中的交换偏置、铁磁共振和自旋波性质的研究

摘要

近年来，具有新颖物理特性的人工纳米结构的材料引起了人们的极大兴趣，特别是由磁性层和非磁性层材料相间组成的磁性多层膜由于其表现出许多与众不同的磁学及其它物理性质，如层间交换耦合，表(界)面各向异性，巨磁电阻等效应而倍受人们的青睐。它们不仅衍生出了一些全新的物理机制，而且还具有新的重要的高科技应用前景。 自从1956年Meiklejohn和Bean在Co(铁磁)/CoO(反铁磁)混合系统中发现交换偏置以来，特别是1991年Dieny在设计的以铁磁/反铁磁双层膜为基础的自旋阀中发现有增强的磁电阻以后，铁磁/反铁磁双层膜在磁传感器、磁记录读出头和随机存储器以及无接触磁控元件等方面得到了广泛地应用。为了提高它的性能，研究铁磁/反铁磁双层膜的物理性质显得非常重要，并已经成为当今凝聚态物理中的研究热点之一。鉴于磁性多层膜在物理研究和实际应用中的重大意义，本文选择“磁性多层膜系统的交换偏置、铁磁共振和自旋波性质的研究”作为研究课题。 目前，实验上在铁磁/反铁磁多层膜系统中已经发现了很多有趣的物理现象同时也有多种方法用来探测其交换偏置等，其中最基本的方法是磁滞回线法，另外还有交流磁化法以及铁磁共振法等。其中铁磁共振法是获取磁晶各向异性以及磁弛豫等信息的主要手段，而磁弛豫等与外应力密切相关。同时实验还表明：铁磁/反铁磁双层膜系统中的交换偏置不仅和反铁磁材料的磁参量有关，而且和材料的微观结构也有很大的关系，如晶粒度、织构、界面粗糙度等。同时，样品的制备工艺和具体的生长条件对交换偏置影响也很大。本论文重点研究了外应力场存在的条件下，铁磁/反铁磁双层膜系统的交换偏置、铁磁共振和自旋波的性质。 我们采用了自由能最小化的方法，研究了铁磁/反铁磁双层膜系统在外应力下的交换各向异性(交换偏置)和一致进动的自旋波性质(也就是铁磁共振现象)。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钉扎作用的量度)与外应力场之间的关系，并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：(1)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。(2)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。

目录

摘要

第一章 绪论

第二章 铁磁/反铁磁双层膜系统中的交换偏置

第三章 铁磁/反铁磁双层膜系统的铁磁共振

第四章 铁磁/反铁磁双层膜系统的自旋波

致谢

攻读硕士学位期间发表或即将发表的论文