[科普中國]-鐵磁耦合

鐵磁耦合則是研究兩鐵磁性層的層間耦合。鐵磁性是指相鄰原子3d電子的自旋磁矩夾角為零，即磁矩彼此同向平行排列。相鄰磁性層間有兩種耦合，即鐵磁性耦合和反鐵磁性耦合，且這兩種耦合對(duì)多層薄膜的物理性質(zhì)有很大的影響。

鐵磁耦合簡介磁性多層材料的層間耦合問題越來越受到人們的關(guān)注。在理論和實(shí)驗(yàn)上都發(fā)現(xiàn)：相鄰磁性層間有兩種耦合，即鐵磁性耦合和反鐵磁性耦合，且這兩種耦合對(duì)多層薄膜的物理性質(zhì)有很大的影響，例如，當(dāng)傳導(dǎo)電子在多層材料薄膜中運(yùn)動(dòng)時(shí)，電阻率隨耦合類型而有很大差別，從而可引起巨磁阻效應(yīng)，近而利用這些特點(diǎn)，可制成巨磁阻磁頭，為超高密度存儲(chǔ)創(chuàng)造了條件。鐵磁性是指相鄰原子3d電子的自旋磁矩夾角為零，即磁矩彼此同向平行排列；反鐵磁性是指相鄰原子3d電子的自旋磁矩夾角為180度，即磁矩彼此反向平行排列。鐵磁耦合則是研究兩鐵磁性層的層間耦合。

納米多層膜的鐵磁耦合納米磁性多層膜由于存在低維效應(yīng)、層間耦合、巨磁電阻效應(yīng)，因而在磁電阻傳感器、磁隨機(jī)存儲(chǔ)器以及高靈敏度磁頭材料等方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。自Baibich1等在Fe/Cr/Fe三明治結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)巨磁電阻效應(yīng)以來，已有多種納米多層膜結(jié)構(gòu)見諸報(bào)道，其中，利用2層磁性薄膜的矯頑力不同產(chǎn)生巨磁電阻效應(yīng)的納米磁性多層膜膺自旋閥結(jié)構(gòu)，因其結(jié)構(gòu)簡單，不需要易腐蝕的強(qiáng)反鐵磁性材料，因而作為磁隨機(jī)存儲(chǔ)器材料得到了廣泛的研究。在贗自旋閥結(jié)構(gòu)中，兩磁性層的層間耦合直接影響巨磁電阻效應(yīng)，當(dāng)磁性層材料與結(jié)構(gòu)確定之后，中間層的厚度以及中間層與磁性層的結(jié)合狀態(tài)將直接影響兩磁性層之間的耦合效應(yīng)。因此，研究贗自旋閥結(jié)構(gòu)中兩磁性層之間的耦合效應(yīng)隨中間層厚度的變化規(guī)律，將有助于贗自旋閥的研制。

采用洛侖茲電子顯微鏡研究了磁控濺射沉積制備的Cu/Co/Cu/Co納米多層膜磁疇結(jié)構(gòu)隨鐵磁層間耦合效應(yīng)的變化。Cu中間層厚度較薄時(shí)，由于鐵磁層之間的耦合作用，納米多層膜為垂直易磁化，磁疇為磁泡結(jié)構(gòu)，磁泡的平均直徑隨Cu中間層厚度的增加而減小，多層膜矯頑力呈減小趨勢(shì)。當(dāng)Cu中間層厚度大于3nm時(shí)，鐵磁層之間的耦合作用減弱，納米多層膜為而內(nèi)易磁化，磁泡結(jié)構(gòu)的磁疇消失，全部為具有波紋狀的接近180度疇壁的磁疇結(jié)構(gòu)。2

鐵磁耦合薄膜中的自旋波磁性層狀結(jié)構(gòu)材料，如：磁性多層薄膜，磁性與非磁性材料相間構(gòu)成的薄膜等，由于其在實(shí)驗(yàn)上顯示出許多新的特性和優(yōu)點(diǎn)，引起了人們的極大興趣，許多人利用自旋波共振，光散射等實(shí)驗(yàn)手段對(duì)這些材料的結(jié)構(gòu)、磁性等進(jìn)行了探討。理論方面，人們從動(dòng)力學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā)，利用轉(zhuǎn)移矩陣方法，格林函數(shù)和響應(yīng)函數(shù)理論等，對(duì)其動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，自旋波譜及色散關(guān)系進(jìn)行了研究.由于多層磁性薄膜系統(tǒng)是由多個(gè)均勻子系統(tǒng)通過界面相互作用耦合在一起的復(fù)合系統(tǒng)，利用通常方法嚴(yán)格求解其低能本征值問題存在一定困難。有學(xué)者提出界面重標(biāo)度方法可精確求解此類問題，此方法通過引入重標(biāo)度參數(shù)將耦合方程組分解為在各層內(nèi)獨(dú)立的方程組進(jìn)行精確求解。

考慮表面各向異性場(chǎng)，在非周期性邊界條件下應(yīng)用界而重參數(shù)化方法精確求解了兩層鐵磁耦合薄膜中的低能自旋波本征值，結(jié)果表明：表面各向異性場(chǎng)不會(huì)影響薄膜整體的色散關(guān)系的變化趨勢(shì)，但會(huì)影響本征值及其數(shù)口。3

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

陳紅 - 副教授 - 西南大學(xué)