Ni诱导的Fe/Cu(001)自旋重定向

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表面磁光克尔效应(SMOKE)现已成为一种非常重要的、研究超薄磁性膜磁性的手段.我们利用原位的SMOKE以及反射式高能电子衍射(RHEED)观察、研究了Fe在Cu(100)衬底上的生长过程、结构变化和磁学性质,并且详细研究了低温下(110 K)fct Fe在Cu(001)发生自旋重定向(SRT)的机制.室温下在Cu(001)表面生长的Fe具有丰富的结构和磁相.主要可以分为三个区域,(i)最初的1~4 ML(原子层)是fct结构,铁磁性,易磁化方向垂直于膜面;(ii)在5-11 ML,Fe为fcc结构,体内为反铁磁性(奈尔点约200 K),表面会有一个1到2个原子层厚度的磁性活层,磁化方向垂直于膜面;(iii)在11ML以后,转变为bcc结构,并且易磁化轴翻转到平面内,发生了自旋重定向现象.但是在低温下生长的Fe有些不同,5~11个原子层厚时没有经历fcc相,直接由fct转变到了bcc相.一般情况下的SRT是由于体和表面各向异性之间的竞争引起的,例如在90K的低温下,Fe在超过了一个临界厚度(大约4 ML)以后,fct Fe的易磁化方向会从垂直于膜面翻转到平行于膜面.但是在室温下,由于在4 ML附近fct→fcc结构相变的影响,Fe直到10 ML才发生自旋翻转.为了获得Fe的真实临界厚度,我们采用了在Fe上覆盖Ni原子诱导SRT发生的方法.在低温下(110 K),fct Fe上逐渐增加Ni的厚度,Fe的矫顽力Hc会不断减小,当Ni的厚度超过一定临界值时,Fe的易磁化方向就会发生翻转,到膜面内.我们在一系列不同厚度的Fe上进行了类似的实验,得到了Ni覆盖层临界厚度随Fe层厚度变化的关系.Ni覆盖层的临界厚度随Fe层的厚度成线性的变化关系,拟合后的直线与横坐标相交于4.3ML,这意味着,fct Fe(没有覆盖层)在这个厚度时,110K温度下,在没有结构相变时发生了自旋重定向,薄膜易磁化方向从垂直于膜面转变到平行于膜面.
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