傾斜濺射對外延FeGa-IrMn交換偏置異質(zhì)結(jié)磁化翻轉(zhuǎn)的調(diào)控研究.pdf

1、鐵鎵（FeGa）合金表現(xiàn)出低的飽和磁場、抗拉伸力強、和低場下具有大的磁致伸縮系數(shù)（350ppm）。由于具有這些優(yōu)點，鐵鎵合金在驅(qū)動器和傳感器中具有潛在的應(yīng)用。最近，隨著磁致伸縮材料應(yīng)用在多鐵復(fù)合、自旋電子學(xué)和微波器件中，F(xiàn)eGa薄膜開始得到科研工作者的廣泛關(guān)注。在各種薄膜結(jié)構(gòu)中，由鐵磁和反鐵磁材料的界面交換耦合作用導(dǎo)致的交換偏置效應(yīng)可以應(yīng)用在自旋電子學(xué)器件中用來釘扎磁矩、在微波器件中增加鐵磁共振頻率、在多鐵復(fù)合中誘導(dǎo)鐵電耦合。但是由于多

2、晶薄膜中存在平均的晶格取向和內(nèi)應(yīng)力作用，使得多晶FeGa薄膜實際表現(xiàn)出來的磁致伸縮系數(shù)僅為90ppm左右，而這大大限制了其的應(yīng)用。最近，Parkes等人在GaAs單晶襯底上用分子束外延（MBE）的方法制備了單晶的FeGa薄膜獲得了與其塊體合金一樣的磁致伸縮系數(shù)。如果將其用于磁電材料和器件中，可以顯著的提高器件的磁力學(xué)性能，所以制備外延FeGa/反鐵磁交換偏置異質(zhì)結(jié)并調(diào)控它的磁性具有很重要的意義。交換偏置體系中存在一個單向各向異性并伴隨著

3、一個單軸各向異性，它們將破壞磁化翻轉(zhuǎn)的對稱性。在外延的交換偏置體系中，需要考慮內(nèi)部的磁晶各向異性，在不同的磁各向異性結(jié)構(gòu)中，它們的方向和大小的不同可以導(dǎo)致復(fù)雜的磁化翻轉(zhuǎn)行為，而傾斜濺射不僅可以改變磁各向異性的大小同時也可以改變其方向?；诖?，本論文系統(tǒng)研究了傾斜濺射誘導(dǎo)的單軸各向異性對外延FeGa和FeGa/IrMn薄膜磁化翻轉(zhuǎn)的影響。
　?。?）我們在單晶MgO襯底上通過不同的傾斜濺射角外延生長了FeGa薄膜，在旋轉(zhuǎn)樣品和傾斜濺

4、射角φ=0°和15°的樣品中觀察到了矩形回線和兩步磁化回線。在傾斜濺射角φ=30°和45°的樣品中，由于大的傾斜濺射角誘導(dǎo)了一個大的Ku，我們不僅觀察到了矩形回線還觀察到了反向兩步磁化回線和三步磁化回線。我們運用基于疇壁形核和位移模型定量的解釋了轉(zhuǎn)變場與外磁場角度的關(guān)系并預(yù)測了出現(xiàn)矩形回線、兩步磁化回線和三步磁化回線的臨界角。此外，我們發(fā)現(xiàn)在-45°

5、核機制轉(zhuǎn)變?yōu)?80°疇壁形核機制。
　　（2）基于傾斜濺射對FeGa/MgO磁化翻轉(zhuǎn)的影響的研究結(jié)果，我們在單晶MgO襯底上使用45°傾斜角的傾斜濺射方式生長了外延的IrMn/FeGa交換偏置體系。通過改變FeGa原子束濺射的方向，我們獲得了Ku∥Keb和Ku⊥Keb兩種不同的各向異性結(jié)構(gòu)。同時我們在此基礎(chǔ)之上減小IrMn的厚度以減小Keb的大小，從而獲得大的Ku/Keb比值。在轉(zhuǎn)動參考樣品中我們在不同的外磁場角度下觀察到：矩形回

6、線、傳統(tǒng)的非對稱回線和一邊兩步回線。除此之外，在傾斜濺射生長樣品IrMn(tIrMn=1.5 to20nm)/FeGa(10nm)，Ku⊥Keb和IrMn(tIrMn≤2nm)/FeGa(10nm)，Ku∥Keb中，我們觀察到特殊的非對稱回線和帶有偏置的三步回線?？紤]到單晶FeGa的各向異性，我們采用了基于疇壁形核和位移模型解釋了外延IrMn/FeGa交換偏置體系中轉(zhuǎn)變場與外磁場角度的關(guān)系，同時也預(yù)測了不同磁化翻轉(zhuǎn)方式出現(xiàn)的角度范圍。我