纳米磁性多层膜的磁各向异性、交换耦合与矫顽力机制研究

采用磁控溅射的方法，用铁磁层与铁磁层﹑反铁磁层、非磁层组成结构不同的磁性多层膜。研究不同结构的双层和多层膜中的铁磁层和反铁磁层的磁晶各向异性的大小、晶粒尺寸、 中间隔离层的厚度、铁磁和反铁磁层的厚度等因素对铁磁/反铁磁层间交换耦合和磁性的影响。分析归纳微结构、界面结构的形成规律，结合铁磁层的磁晶各向异性的改变研究其对铁磁/反铁磁层间交换耦合和磁性的影响。研究多层膜中铁磁层和反铁磁层的磁晶各向异性的大小和矫顽力的关系。在微磁学模型的基础上，通过分析矫顽力和温度依赖关系研究各向同性和各向异性的磁性多层膜的矫顽力机制。通过研究铁磁/反铁磁交换耦合与磁性，给出有效磁各向异性的改变和层间交换耦合的关系。为进一步弄清纳米复合薄膜中磁性交换耦合机理提供科学依据。

采用磁控溅射的方法，在Si基片上制备了铁磁/反铁磁/铁磁三层结构不同成分的薄膜。在Co/AF/Fe (AF为绝缘体的NiO，Cr2O3和金属Cr)三层膜体系中发现了AF/FM间的界面耦合与两FM间层间耦合随温度变化的竞争关系，对于绝缘体隔离层的情况，随着温度的增加，层间耦合增强，界面耦合减弱，导致在高温下层间耦合起主导作用；对于金属隔离层的情况，随着温度的增加，两种耦合都减弱，导致高温下的脱耦合。在Co(3 nm)/Cr2O3(t)/Fe(10 nm)体系中，两种耦合作用强度随着中间层厚度增加而减弱，使得两种耦合作用的平衡温度随厚度增加逐渐往低温偏移，此外，AF/FM间的界面耦合强度和FM间的层间耦合作用对体系中电子输运性能有很大的影响。在FM/AF/FM三层膜体系中，FM层的磁晶各向异性和自旋非对称反射系数能影响AF/FM间的界面耦合强度和FM间的层间耦合强度。缓冲层影响FM/AF双层膜体系中FM层的各向异性大小进而影响FM1/NiO/FM2三层膜体系的界面耦合强度，FM 和 NiO的界面耦合提高了NiO的冻结温度。铁磁层对FM/AFM的交换耦合强度的影响甚大，这种影响和铁磁层的各向异性的相关性要强于和铁磁层饱和磁化强度的相关性。.通过面内预加场和场冷的方式，在易轴互相垂直的[Pt/Co]n/NiFe/NiO异质结中实现了交换偏置的四种状态，可等温调控偏置。研究了Co/NiO反点阵列和连续膜的交换偏置，与连续膜相比，纳米反点阵列既能增大偏置，也能减小偏置，具有更高的热稳定性。 我们通过在FePt和Fe层间溅射Cr2O3及Cr2O3/Cu中间隔离层来制备具有交换耦合的PtFe/Fe复合薄膜。 研究了垂直取向的硬磁/非磁/软磁/非磁/硬磁多层薄膜的交换耦合。这种多层薄膜交换耦合为间接和长程的相互作用。 观察到了有效的临界相关长度与非磁性层厚度的非线性依赖关系。静磁相互作用的存在可能对非线性关系有贡献。在各向异性的Pr–Fe–B/Fe/Pr–Fe–B纳米复合永磁薄膜中，发现当Fe层的厚度小于50纳米时，复合薄膜具有垂直各向异性。为了研究各向异性的纳米复合磁性多层薄膜的磁性、交换耦合与矫顽力机制，我们也研究了各向异性单层膜的制备和影响磁性的相关条件。