钉扎未补偿磁矩对柔性衬底上铁磁/反铁磁薄膜交换偏置的影响

焦志伟,吴磊磊,姜伟棣,王映棋,丁志谦,周 云,张冬芹

(中国计量大学 理学院,浙江 杭州 310018)

交换偏置(EB)效应是由Meiklejohn和Bean在1956年发现的,其复杂的物理机制和在自旋电子学中的应用引起了人们广泛的兴趣[1]。交换偏置效应产生于FM层和AFM层在其界面上的相互作用,这导致FM层的磁滞回线发生偏移[2]。AFM和FM之间的磁相互作用提供了关于杂化物中磁相互作用的信息,这对自旋电子学很重要,多年来一直受到人们的关注[3-6]。这些效应与基于交换偏置的设备的设计有关,例如硬盘驱动器读取头、自旋阀、磁传感器和自旋电子设备。近年来,由于交换偏置在自旋电子学中的重要性,人们做出了大量的努力来揭示潜在机制的详细性质。一些研究人员已经发现,EB诱导的单向各向异性可能导致矩形各向异性磁电阻(AMR)[7]。尽管在过去的十年里进行了大量的研究,但仍然无法了解交换偏置现象的物理机制[8-11]。交换偏置场Heb与矫顽力HC的计算公式:

(1)

式(1)中,HC1和HC2分别表示磁滞回线中的前支矫顽力和后支矫顽力。

为了产生交换偏置效应,系统的自旋需要在磁场冷却后在一定方向上固定,以确定交换偏置场的方向。最终AFM层的钉扎未补偿磁矩需要耦合到FM层[8]。钉扎时的性质仍然存在争议;大多数模型认为,未补偿的磁矩只在界面附近产生,但界面不完全平整,存在很多缺陷[12]。一些模型认为AFM层处于磁无序状态。其他实验表明,界面总是耦合到AFM层的大部分,这反过来可能改变界面上的磁态,并进一步影响交换偏置场,这表明交换偏置不是纯粹的界面效应[13-15]。……