磁性超薄膜中的磁各向異性和磁疇結(jié)構(gòu).pdf

1、近二十年來，自旋電子學(xué)的出現(xiàn)和發(fā)展不斷激發(fā)著人們對(duì)超薄膜磁學(xué)研究的興趣。由于薄膜表面和界面是影響磁性薄膜磁學(xué)性質(zhì)的關(guān)鍵因素，并與自旋電子學(xué)器件的性能密不可分，對(duì)薄膜表面和界面相關(guān)的研究便成為理解磁性薄膜磁學(xué)性質(zhì)或改善自旋電子學(xué)器件性能的重要途徑之一。本博士論文對(duì)五個(gè)磁學(xué)性質(zhì)和薄膜界面相關(guān)的課題進(jìn)行了系統(tǒng)研究，主要包括磁性薄膜磁各向異性的定量研究、條紋磁疇的自旋結(jié)構(gòu)及磁疇隨外加磁場(chǎng)的變化等。
　　(1)利用磁光克爾效應(yīng)(magnet

2、ic optic Kerr effect，MOKE)和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁光克爾效應(yīng)(magnetic optic Kerr effect with rotating field，ROT-MOKE)，系統(tǒng)地研究了Au/Fe/GaAs(001)體系的磁各向異性隨Fe薄膜厚度的變化關(guān)系，并且定量分離了界面貢獻(xiàn)和體貢獻(xiàn)，觀察到了易軸沿[110]方向的單軸磁各向異性的體貢獻(xiàn)。Fe薄膜中的單軸磁各向異性對(duì)生長(zhǎng)溫度非常敏感，單軸磁各向異性的界面貢獻(xiàn)和體貢獻(xiàn)

3、之間的關(guān)聯(lián)有可能來源于Fe/GaAs界面的各向異性。
　　(2)利用MOKE和ROT-MOKE系統(tǒng)地研究了當(dāng)MgO中間層很薄時(shí)Fe/MgO/GaAs(001)系統(tǒng)的晶體結(jié)構(gòu)和磁各向異性。當(dāng)MgO薄膜的厚度小于1ML時(shí)，F(xiàn)e薄膜的<100>晶向隨MgO薄膜厚度的增加從沿GaAs<100>方向轉(zhuǎn)到了沿GaAs<110>方向。當(dāng)MgO薄膜的厚度小于1.2ML時(shí)，單軸磁各向異性隨著MgO薄膜厚度的增加而顯著減弱，而四度磁各向異性的易軸從沿

4、GaAs<100>方向轉(zhuǎn)到了沿GaAs<110>方向。
　　(3)利用MOKE和ROT-MOKE系統(tǒng)地研究了FeMn/Co/Cu(001)體系中Co的磁各向異性隨Co和FeMn厚度的變化關(guān)系。我們發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)eMn反鐵磁序在Co薄膜內(nèi)誘導(dǎo)了一個(gè)面內(nèi)四度磁各向異性，該磁各向異性比順磁態(tài)FeMn/Co界面的磁各向異性要大一個(gè)量級(jí)，這個(gè)反鐵磁序誘導(dǎo)的磁各向異性來源于FeMn/Co界面的自旋阻挫，其大小約為0.118 erg/cm2。

5、　　(4)利用自旋極化低能電子顯微鏡(Spin-polarized low-energy electronmicroscopy，SPLEEM)首次在條紋磁疇中通過三維實(shí)空間成像發(fā)現(xiàn)了室溫的旋輪(cycloidal)手性磁有序。通過調(diào)控薄膜界面，可以控制手性磁有序的手性方向。同時(shí)通過Monte Carlo模擬表明Dzyaloshinskii-Moriya相互作用很可能是手性磁有序的來源。之后分別介紹了螺旋(helical)手性磁有序、磁泡

6、磁疇的自旋結(jié)構(gòu)以及磁疇中自旋傾斜的研究。
　　(5)利用SPLEEM研究了不同寬度的條紋磁疇隨外加垂直磁場(chǎng)的演化行為。我們發(fā)現(xiàn)和磁場(chǎng)方向相反的條紋磁疇會(huì)先隨磁場(chǎng)的增大而變窄(小磁場(chǎng)行為)，之后會(huì)一條接一條的消失(大磁場(chǎng)行為)直到形成單疇。在小磁場(chǎng)下，方向相反的磁疇面積比在條紋開始依次消失之前可以由理論公式擬合得出飽和場(chǎng)，開始依次消失的磁疇面積比和理論計(jì)算的結(jié)果非常接近；同時(shí)體系磁疇面積的不對(duì)稱性(總磁化強(qiáng)度)隨著磁場(chǎng)和零場(chǎng)條紋寬度