【摘 要】
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磁性金属薄膜有着复杂而深刻的物理机制,其中具有交换偏置效应的多层膜是重要的磁性功能材料之一。自从交换偏置效应发现以来,它在磁性传感器、磁记录读头和磁随机存储器等仪器中发挥着不可或缺的作用,理解交换偏置效应对调控磁电子器件的性能有重要意义。关于铁磁/反铁磁双层膜交换偏置效应已经做过系统而深入的研究,反铁磁层对铁磁层钉扎作用是产生交换偏置的主要原因。由于反铁磁层存在体效应,不是只有界面处才有未补偿钉扎
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磁性金属薄膜有着复杂而深刻的物理机制,其中具有交换偏置效应的多层膜是重要的磁性功能材料之一。自从交换偏置效应发现以来,它在磁性传感器、磁记录读头和磁随机存储器等仪器中发挥着不可或缺的作用,理解交换偏置效应对调控磁电子器件的性能有重要意义。关于铁磁/反铁磁双层膜交换偏置效应已经做过系统而深入的研究,反铁磁层对铁磁层钉扎作用是产生交换偏置的主要原因。由于反铁磁层存在体效应,不是只有界面处才有未补偿钉扎磁矩,因此钉扎场对于交换偏置的影响还有待进一步研究。本文通过磁控溅射制备了一系列以Ni Fe、Ni Mn分别作为铁磁层和反铁磁层的多层膜薄膜样品,主要研究钉扎场对交换偏置效应的影响以及多层膜结构的磁性能。研究结果表明:（1）对于铁磁层厚度相同的Ni81Fe19/Ni50Mn50双层膜和Ni50Mn50/Ni81Fe19/Ni50Mn50三层膜,三层膜具有更大的交换偏置场,说明当铁磁层上下表面同时被反铁磁钉扎时,铁磁层磁矩更难随外场翻转。（2）反铁磁厚度会影响Ni50Mn50/Ni81Fe19/Ni50Mn50薄膜交换偏置场的大小,而且顶部反铁磁层和底部反铁磁层的钉扎效果有所不同。反铁磁层的厚度会改变磁畴的结构,厚度增加会导致系统形成更大的磁畴,从而使得界面处产生钉扎作用的磁矩减少,最终表现为交换偏置场减小。由于薄膜是逐层生长,沉积顺序会影响薄膜的微观结构,所以底部Ni Mn的钉扎效应更强。（3）在不同反铁磁比例的Ni100-xMnx/Ni81Fe19/Ni100-xMnx薄膜样品中,Mn含量为60%的薄膜在相同厚度下交换偏置场更大,这归因于所测样品中高Mn含量的样品更利于θ-Ni Mn相的形成。（4）在铁磁与反铁磁之间插入非磁性层会改变交换偏置,Cu和Ta间隔层对交换偏置的影响不同,当间隔层为Cu时交换偏置减小的更快。（5）对于Ni81Fe19/Ta/Ni81Fe19/Ni40Mn60自旋阀结构,两层铁磁层对交换偏置的贡献不同,其中被钉扎层在交换偏置中起主要作用。研究发现当所用材料结构为反铁磁/铁磁/反铁磁时交换偏置场随厚度单调变化,与非单调的变化情况相比,能更好地控制交换偏置场。利用这一特性可以优化自旋阀的性能,对自旋电子器件的进一步发展有一定的意义。
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