Tb/Fe50Mn50多層膜層間與界面交換耦合的研究

石立欣，姜偉棣，陳煥堅(jiān)，田　博，張崇赫，焦志偉

(中國(guó)計(jì)量學(xué)院理學(xué)院，浙江 杭州 310018)

Tb/Fe50Mn50多層膜層間與界面交換耦合的研究

石立欣，姜偉棣，陳煥堅(jiān)，田博，張崇赫，焦志偉

(中國(guó)計(jì)量學(xué)院理學(xué)院，浙江 杭州 310018)

摘要：采用磁控濺射技術(shù)制備了span多層膜，用Versalab振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)測(cè)量薄膜樣品在不同溫度下的磁滯回線，研究了span多層膜體系矯頑力和溫度、薄膜層數(shù)及反鐵磁層厚度的關(guān)系，以及薄膜鐵磁層與反鐵磁層界面耦合作用和鐵磁層的層間耦合作用.研究發(fā)現(xiàn)鐵磁層與反鐵磁層的界面耦合作用隨溫度升高而增加，且存在隨薄膜厚度增加而增大的轉(zhuǎn)變溫度Tspan.當(dāng)TTspan時(shí)，使矯頑力增大.鐵磁層的層間耦合作用隨反鐵磁層厚度在鐵磁耦合和反鐵磁耦合之間振蕩變化，當(dāng)TTspan時(shí)，耦合作用突然增強(qiáng).

關(guān)鍵詞：磁性薄膜；矯頑力；界面耦合；層間耦合

0引言

對(duì)磁性納米多層膜材料的研究無(wú)論在凝聚態(tài)物理理論還是在磁記錄讀出頭中的自旋閥、巨磁電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器、磁性傳感器等實(shí)際應(yīng)用中都有重大意義.1986年在Fe/Cr/Fe結(jié)構(gòu)中首次觀察到Fe層之間的反鐵磁耦合作用[1]，與此同時(shí)，在Cr/Y超晶格中發(fā)現(xiàn)了鐵磁耦合與反鐵磁耦合振蕩現(xiàn)象[2]，Parkin等在Co/Ru,Co/Cr,Co/Cu及Fe/Cr多層膜中發(fā)現(xiàn)了層間耦合的振蕩以及巨磁電阻效應(yīng),且研究表明這種振蕩現(xiàn)象與多層膜夾層種類厚度有密切關(guān)系[3].但目前尚未有一個(gè)完整的理論能夠很好地解釋交換耦合作用，而且對(duì)這兩種耦合作用的相互關(guān)系的研究少有報(bào)道.

1實(shí)驗(yàn)

2結(jié)果與分析

圖多層膜在溫度為60，120，180，240 K時(shí)的磁滯回線Fig. 1　Hysteresis loops at 60，120，180，240 K for 8 multilayer

圖薄膜樣品矯頑力隨反鐵磁層厚度的變化曲線Fig. 2　Thickness of AFM dependence of coercivity of

其中J(0)是0K時(shí)的耦合作用強(qiáng)度，T0=?VF/2πKDd為特征溫度，d為中間層厚度.由上式可見(jiàn)鐵磁層間耦合作用隨溫度單調(diào)變化，當(dāng)中間層為金屬時(shí)，J(T)隨溫度升高而減小，當(dāng)中間層為絕緣體時(shí)，J(T)隨溫度升高而增大[6].因此，在本實(shí)驗(yàn)中，可以假設(shè)鐵磁層間耦合作用強(qiáng)度隨溫度升高而逐漸降低.

圖3　薄膜樣品的矯頑力隨溫度的變化曲線Fig. 3　Temperature dependence of the coercivity of multilayers

3結(jié)論

參考文獻(xiàn):

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Interface Coupling and Interlayer Coupling in Tb/Fe50Mn50 Multilayers

SHI Lixin, JIANG Weili, CHEN Huanjian, TIAN Bo, ZHANG Chonghe, JIAO Zhiwei

(College of Science, China Jiliang University, Hangzhou 310018, China)

Abstract:The hysteresis loops of Tb/Fe50Mn50multilayers which are fabricated by dc magnetron sputtering are measured by Vibrating Sample Magneto(Versalab) at different temperatures. This paper investigates the relations among the coercivity of Fe50Mn50, temperature, layers and the thickness of antiferromagnetic layer, as well as the interface interactions between FM layer and AFM layer and the interlayer coupling between Tb layers. It is showed that the interface coupling gets stronger as the temperature increases, and a transitional temperature Tspan, which increases with the thickness of the film, is observed. Due to the interface coupling, at T < Tspan, coercivity decreases, and while at T >Tspan, coercivity increases. For the interlayer coupling, it oscillates between magnetic coupling and antimagnetic coupling with the thickness of Fe50Mn50at T < Tspan, interlayer coupling decreases with increasing temperature, and while at T >Tspan, interlayer coupling becomes stronger obviously.

Key words:magnetic film; coercivity; interface coupling; interlayer coupling

文章編號(hào):1674-232X(2015)06-0641-04

中圖分類號(hào):O482.52；O482.54

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

doi:10.3969/j.issn.1674-232X.2015.06.014

通信作者：焦志偉(1967—)，女，教授，博士，主要從事納米磁性材料的微觀結(jié)構(gòu)及其物性研究.E-mail:jzwgj@163.com

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51271172);浙江省大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)暨新苗人才計(jì)劃(2014R409031).

收稿日期：2015-03-12