铁磁薄膜磁滞回线和各向异性的理论和实验研究

摘要

本文首先运用实验手段研究了在不同基片上生长的单层铁磁薄膜沿不同‘晶向的磁电各向异性,又在理论上详细地研究了FePt/a-Fe/FePt铁磁三层膜系统的磁化反转过程。
　　 1.(110)取向的锰氧化物薄膜对有关自旋极化电子注入的界面效应,特别是高温铜氧化物超导体邻近效应的研究是至关重要的。然而,由于(110)晶面的特性,通常只有当膜很薄时表面才会原子级光滑。因此,在极薄薄膜中,[001]和[110]这两个结晶不对称晶向的各向异性是值得仔细研究的。我们通过脉冲激光沉积制备了20Rm厚的(110)取向的外延La2/3Ca1/3MnO3(LCMO),然后研究了它的磁电各向异性。为了突出晶格失配应力的影响,我们采用了SrTiO3(STO)和LaAlO2(LAO)两种基片。LCMO/STO薄膜的易轴沿[110]晶向,而LCMO/LAO薄膜因晶格失配应变引起的磁致弹性各向异性作用,它的[001]晶向要更易一些。相应地,沿易轴方向的电阻率和磁致电阻都要比难轴的小,这毫无疑问地表明了磁性和输运各向异性之间的关系。相比较而言;生长在STO上的LCMO薄膜性质没有细小的反常特征,更清楚明了,因此在对(110)取向的异质结进行界面研究时,用STO基片更合适。
　　 2.本文运用微磁学方法,研究了易轴处于膜面内的FePt/a-Fe/FePt三层膜系统的磁化反转过程。研究发现,磁化反转过程由三个阶段构成:软磁相的畴壁成核、畴壁的形成和从软磁相向硬磁相的位移以及最后硬磁相的磁化反转。当软磁相厚度LS较小时,三个阶段合并为一个阶段,此时两相内的磁距同时发生反转,磁滞回线为矩形,并且成核为此时的矫顽力机制。随着LS的增大,成核场和钉扎场都减小。同时,单段反转扩展为标准的三段形式,矫顽力机制也从成核变到钉扎。我们可以解析地得到这个矫顽力机制发生变化时的临界厚度,并且发现它与硬磁相磁晶各项异性常数的平方根成反比。这一比例关系也许为目前理论的验证提供了一个捷径。LS进一步的增大导致矫顽力机制从钉扎变回到成核。