磁性膜系统的铁磁共振现象研究

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在信息时代中,数据存储是信息处理的重要一环,而磁记录存储又是数据存储的最主要的方式。据统计,在信息存储中,有92%是用磁记录方式存储的,并且近二十年来,随着在磁性随机存储器和超高密度存储技术中应用的不断拓展,磁性薄膜和超薄膜的结构、基本磁性、层间耦合、界面状况及其相关效应一直是人们研究的热点和难点之一。   自从1956年Meiklejohn和Bean在Co(O)外壳覆盖的Co颗粒中发现交换偏置以来,尤其是1991年Diney在铁磁/反铁磁双层膜为基础的自旋阀中发现了增强的磁电阻以后,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。因此研究铁磁/反铁磁双层膜的物理性质显得非常重要,并且它已经成为当今凝聚态物理中的研究热点之一。另外,探测其交换偏置有多种方法,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,并且其中的铁磁共振法也是获取磁晶各向异性以及磁弛豫等信息的主要手段。   随着计算机及网络技术的发展,人们需要越来越高的数据存储密度,这就要求磁性材料中单个记录位的面积越来越小,但是减小磁记录单个记录位的面积面临着巨大的挑战,其中最重要的就是必须克服超顺磁极限所带来的挑战,令人兴奋的是垂直磁记录方式可以解决这一困难,并且垂直磁记录方式能够突破150Gb/in2的记录面密度。因此垂直磁记录介质是实现超高密度垂直磁存储的重要一环。   鉴于磁性膜在物理研究和实际应用中的重大意义,本文选择“磁性膜系统的铁磁共振的现象”作为研究课题。我们采用了自由能变分法,利用铁磁共振重点研究了磁性膜系统的各向异性,交换偏置、铁磁共振现象。本文针对以下两个问题进行了系统的研究。   1、在铁磁/反铁磁双层膜系统中,铁磁共振法测磁各向异性,交换偏置。   采用铁磁共振方法,研究了铁磁/反铁磁双层膜系统中,因交换耦合以及磁晶各向异性而产生的有效各向异性场。结果表明:铁磁共振谱可以辨析被测系统有无交换偏置场以及其正负号性质等。并且在研究中我们发现:沿着不同结晶方向施加外磁场,共振场的行为与磁晶各向异性以及铁磁/反铁磁交换耦合作用而诱发的单向各向异性等密切相关。我们将共振频率的变化看成外磁场(包括其方向和大小)的函数,研究得到了单向各向异性,立方各向异性等对共振频率的影响,并同实验结果做了很好的比较。   2、在铁磁单层膜系统中,垂直场下磁性薄膜中的铁磁共振现象   我们将铁磁共振频率看成外磁场的函数,讨论了垂直场下磁性膜中铁磁共振现象。结果显示:当外磁场平行于膜面,并考虑磁膜具有垂直磁晶各向异性情形时,其磁共振频率随外磁场的变化总分为高频支和低频支两种情况,具体的依赖关系取决于磁膜内磁晶各向异性;当外磁场垂直于膜面情形,其磁共振频率随外磁场的关系仅存在一支情形,一般地,磁共振频率随外磁场的增加单调地非线性减小,但当立方磁晶各向异性场Hk1与单轴磁晶各向异性场Ha之比值介于2/3<|Hk1/Ha|<1时,其磁共振频率随外磁场的增加单调增加,与相关的实验结果一致。
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