磁性薄膜體系中磁化性質(zhì)的模擬研究.pdf

1、磁性薄膜作為高密度的磁記錄介質(zhì)，近年來一直受到人們的廣泛關(guān)注。特別是在2007年諾貝爾物理學獎授予發(fā)現(xiàn)“巨磁電阻效應”的科學家后，使得作為能產(chǎn)生巨磁電阻效應的磁性多層膜自旋閥結(jié)構(gòu)更成為人們的研究熱點。另一方面，隨著電子計算機的高速發(fā)展，基于隨機模型的monte-carlo方法也逐漸被應用到磁性多層膜材料相關(guān)磁性質(zhì)的研究中。 交換偏置效應發(fā)現(xiàn)于50多年前，是當今硬盤磁頭和磁隨機存儲器基本構(gòu)件的物理基礎(chǔ)之一。矯頑場作為磁性材料的重要

2、參量，對磁性材料的應用也有著重要的影響。因此，本文擬采用monte-carlo方法，通過對磁性薄膜體系中的交換偏置、矯頑場等磁化特性的研究，以弄清相關(guān)物理機理，并為其在實踐上的應用提供理論指導。其主要研究內(nèi)容包含以下兩部分內(nèi)容： 1、在鐵磁/反鐵磁雙層膜中，通過調(diào)節(jié)反鐵磁層中非磁性物質(zhì)的摻雜濃度及摻雜方式，討論了系統(tǒng)的磁化特性與界面微結(jié)構(gòu)的關(guān)系。模擬結(jié)果顯示：反鐵磁層中非磁性摻雜能導致鐵磁/反鐵磁雙層膜體系中交換偏置的增強，且交

3、換偏置隨非磁性摻雜濃度的變化是非單調(diào)的，即存在極大值。其原因在于反鐵磁層相應的自旋排布、磁疇結(jié)構(gòu)等隨摻雜濃度的改變發(fā)生大的變化，當其正向磁疇和負向磁疇都形成連通的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)時，系統(tǒng)的交換偏置達最大。在同一摻雜濃度下，體系的磁滯回線及交換偏置強烈地依賴于摻雜方式，但矯頑場幾乎不受影響，其相應的溫度特性亦依賴于摻雜方式。它表明鐵磁/反鐵磁雙層膜體系中的磁滯回線的不對稱性以及交換偏置與其界面微結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。同時實驗上可通過界面微結(jié)構(gòu)的改變獲得交

4、換偏置大、矯頑場小且熱穩(wěn)定性好的自旋閥結(jié)構(gòu)。 2、在鐵磁/反鐵磁雙層膜及鐵磁單層膜中，通過調(diào)節(jié)體系的摻雜濃度、摻雜方式、各向異性常數(shù)等參數(shù)，討論了系統(tǒng)矯頑場隨外場角度變化的關(guān)系。模擬結(jié)果表明：鐵磁/反鐵磁雙層膜及鐵磁單層膜中鐵磁層單軸各向異性常數(shù)對體系的矯頑場角度特性有決定性影響。即：鐵磁層單軸各向異性能較小時，系統(tǒng)的矯頑場隨外場角度轉(zhuǎn)動是疇壁位移型變化；反之，矯頑場則以一致轉(zhuǎn)動的方式隨外場角度變化。這是因為當鐵磁層的單軸各向異

5、性能較大時，自旋格點間的耦合作用能則相對較弱，所以外場角度變化時，弱自旋耦合能使矯頑場隨外場有輕微的偏轉(zhuǎn)，強單軸各向異性能使得矯頑場突然有一個躍變(約40度)；當鐵磁層單軸各向異性能較小時，系統(tǒng)自旋格點間的耦合作用能則相對較強，當外場角度變化時，由于自旋之間的強耦合作用，所以系統(tǒng)的矯頑場會隨外場有一個先增大后減小的變化趨勢。摻雜濃度、晶粒尺寸等參數(shù)對矯頑場的角度特性的影響不大，但對系統(tǒng)的矯頑場的大小有一定影響。結(jié)果表明矯頑場隨外場角度變