鐵—鐵鉑垂直交互彈性雙層膜退磁過程中的角度依賴性

1、鐵鐵鉑垂直交互彈性雙層膜退磁過程中的角度依賴性M. Solzi，C. Pernechele, R，Pellicelli，M. Ghidini，F(xiàn). Albertini and F. CasoliJournal of Magnetism and Magnetic Materials Volume 316, Issue 2, September 2007, Pages e313-e316摘要本文介紹了交互彈性雙層膜的磁滯回線的角度依賴性，交互彈性雙層膜由軟相鐵層膜和的硬相層膜所構(gòu)成。在MgO（0 0 1）基片上，通過射頻濺射制備名義厚度為10nm的FePt薄膜，是為了獲得沿著垂直于薄膜平面的c軸的

2、外延伸長。軟相鐵層膜沉積了不同厚度（210nm）的放射性同位素。利用超導(dǎo)量子干涉儀變換硬相易磁化軸和外加場方向二者之間的角度，來研究雙層磁性的角度依賴性，外加場方向的范圍是從0-。通過一維微磁模型來研究不同角度的磁性行為，特別研究了垂直磁各向異性情況下的伸長。關(guān)鍵詞：交互耦合；垂直各向異性；永久磁鐵；退磁過程1. 緒論作為一種研究交互彈性原理的重要材料，由相互耦合的硬相和軟相磁偶構(gòu)成的平面納米復(fù)合材料，引起了廣大人們的興趣。此外，帶強(qiáng)垂直磁各向異性的磁結(jié)構(gòu)受到了極大的關(guān)注，其具有應(yīng)用于垂直磁記錄的應(yīng)用前景。同時，為了實(shí)現(xiàn)磁化微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS），CoPt和FePt經(jīng)常用于各種實(shí)驗(yàn)。已經(jīng)提出來

3、的一種新理論方法，是為了預(yù)測交互耦合磁系統(tǒng)的磁性行為，該磁系統(tǒng)帶有垂直磁各向異性和已區(qū)分了的耦合區(qū)，耦合區(qū)通過硬相和軟相的尺寸與固有特性來進(jìn)行區(qū)分。目前的工作，我們研究了在交互彈性雙層的退磁過程中的角度依賴性，雙層膜的軟相是鐵膜，硬相是在MgO（0 0 1）基片上外延伸長的（測量）。在質(zhì)子磁性共振場和涉及到反向磁化的基本機(jī)構(gòu)，角度依賴性的研究分析很重要，這是為了能更好地了解這些材料的潛能。根據(jù)一維微磁模型對實(shí)驗(yàn)的滯后回線進(jìn)行了仿真，尤其是通過垂直磁各向異性優(yōu)化了交互耦合系統(tǒng)。2. 實(shí)驗(yàn)在MgO（1 0 0）單晶體上，通過射頻濺射沉積10nm厚的膜，是為了在T=的時候，得到外延伸長。獲得的硬相顯

4、示為高度化學(xué)排列，（0 0 1）晶面，強(qiáng)磁各向異性以及大垂直矯頑力。厚度分別為2，3，3.7，10nm的軟鐵層，室溫條件下，在硬相上沉積一層膜，與Pt或Ag一樣是為了避免Fe被氧化。利用超導(dǎo)量子干涉儀變換硬相易磁化軸和外加場方向二者之間的角度，研究了磁性特征，外加磁場方向的范圍是從0-。3. 一維連續(xù)微磁模型該分析系統(tǒng)由兩交互耦合的雙層膜所組成。硬相表現(xiàn)為沿垂直薄膜平面的C軸的單軸磁體各向異性。和形狀各向異性的作用相比，軟相的磁體各向異性能量可以忽略不記。在這種情況下，施加外磁場且考慮到各向異性軸，H的角度為。（如圖1所示）。圖1-各向異性軸垂直于薄膜平面的硬/軟雙層膜一維連續(xù)微磁模型的基本示

5、意圖。根據(jù)這種方法，每一層都考慮成無限的且理想的，因此就沒有考慮磁疇，僅允許反向機(jī)構(gòu)是瞬時旋轉(zhuǎn)。磁化的均衡配置對應(yīng)于最小能量狀態(tài)，以便于自由能穩(wěn)定。一部分薄膜整體面積上的吉布斯能量密度描述如下： （1） （2） 式中：和表示方位角（the projection of magnetization in the y-z plane and the z axis）和頂角，使每一原子平面，磁化方向得以具體化；（Ai is the exchange stiffness constant of layer i） 表示每層的磁飽和；表示磁導(dǎo)率，表示總各向異化常數(shù)，包括磁體各向異化和形狀各向異化，退磁疇的貢獻(xiàn)

6、已經(jīng)考慮在總各向異化常數(shù)之內(nèi)了。這種方法反映出了連續(xù)性逼近，連續(xù)理想且無限橫向伸長的薄膜，退磁因子N=1。我們可以核實(shí)最低能量結(jié)構(gòu)是一維解決方案（），對此，自由能密度表達(dá)如下： （3）邊界條件為：對于相應(yīng)假設(shè)的強(qiáng)交互耦合夾層的最后條件。如果膜厚十分薄，我們可想法確定均衡配置（利用投射模型），相應(yīng)的歐拉方程為： （5）僅當(dāng)施加磁場為垂直（）或水平（）時，該方法才能達(dá)到飽和。在飽和狀態(tài)（），等式（5）變?yōu)槿缦拢?（6）對于其他方向上的飽和狀態(tài)，理論上僅在無限場時才能獲得，此時很明顯地，等式（5）變?yōu)椋?當(dāng)H4. 結(jié)論和討論目前得到了3.7nm厚的鐵膜/10nm厚的FePt的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。圖2為3.7n

7、m厚的軟相層在不同角度的實(shí)驗(yàn)磁滯回線。當(dāng)施加磁場后，磁滯回線在不同角度退磁過程的演變。圖2 實(shí)驗(yàn)（點(diǎn)）和仿真（直線）的磁滯回線。是易磁化軸和外加場方向之間的角度。如果我們考慮到飽和磁化和，硬相的各向異性常數(shù)， ，那么室溫下測量的磁滯回線和仿真曲線能夠很好地吻合。磁滯回線的可逆區(qū)域，主要是循環(huán)過程。沿著正磁場一個固定方向開始，退磁過程在一維模型里表現(xiàn)得很清楚了。然而，當(dāng)外加場通過零場時，磁體的結(jié)構(gòu)就變得不穩(wěn)定且方位角從躍遷至，這是由于退磁疇和假定零磁體軟相的各向異性常數(shù)的共同影響。之后的終態(tài)在x-y平面是對稱的，如果進(jìn)一步增加施加磁場，將會導(dǎo)致在相反方向達(dá)到飽和。退磁幅度的正弦曲線，在的零場和的

8、零場，二者相同，可以通過良好的逼近模型和實(shí)驗(yàn)來觀測。（如圖3所示）圖3-在零場，外加磁場角度不同時，的磁化幅值和（最大值）的磁化幅值的比值。然而，矯頑磁場和飽和磁場之間有明顯的差異。根據(jù)模型，反磁場為硬相不穩(wěn)定的開始。從而引起整個系統(tǒng)的交互。理論反磁場應(yīng)作為實(shí)際矯頑磁場的上限，類似于Stoner-Wohlfarth的交互磁場。實(shí)際上，我們沒有考慮在真正系統(tǒng)（例如角色缺陷和疇壁）中會發(fā)生的交互機(jī)制。此外，如圖2所示，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在0.7MA/m磁場達(dá)到飽和，然而理論數(shù)據(jù)，根據(jù)等式（5），如果從變化到，卻沒有達(dá)到飽和。另一方面，在高磁區(qū)，由于大的干擾信號，誤差在測量回路中增加了。5. 結(jié)論本文完成了Fe-FePt交互彈性雙層膜退磁過程中角度依賴性的全部研究。在實(shí)驗(yàn)滯后回線可逆區(qū)，主要是反轉(zhuǎn)過程，同時在零場有躍遷，這可通過模擬回線得到很好的重現(xiàn)