鐵磁-反鐵磁體系中交換偏置的角度依賴(lài)關(guān)系及其階躍現(xiàn)象.pdf

1、鐵磁/反鐵磁體系的交換偏置效應(yīng)在磁電阻傳感器和自旋閥方面具有重要的用途，因而也得到了人們的廣泛關(guān)注.最近一些實(shí)驗(yàn)證實(shí)：在測(cè)量交換偏置場(chǎng)與矯頑場(chǎng)隨磁化角度的變化曲線(xiàn)中（以下簡(jiǎn)稱(chēng)為交換偏置的角度依賴(lài)關(guān)系）可以觀測(cè)到階躍現(xiàn)象.另外，鐵磁/反鐵磁體系在磁化反轉(zhuǎn)過(guò)程中可以表現(xiàn)出半平面轉(zhuǎn)動(dòng)和全平面轉(zhuǎn)動(dòng)兩種磁化模式.但是，人們并沒(méi)有說(shuō)明這些新現(xiàn)象背后的物理機(jī)制.本文提出了一種新的方法，詳細(xì)地分析了鐵磁/反鐵磁體系的磁化過(guò)程，解釋了體系在磁化反轉(zhuǎn)過(guò)程中

2、出現(xiàn)兩種轉(zhuǎn)動(dòng)磁化模式的機(jī)制，也解釋了交換偏置角度依賴(lài)關(guān)系中出現(xiàn)階躍現(xiàn)象的原因。
　　 根據(jù)不施加外磁場(chǎng)時(shí)體系的能量與鐵磁層磁化強(qiáng)度方向之間的關(guān)系，我們將鐵磁/反鐵磁體系的起始磁化狀態(tài)分為單穩(wěn)態(tài)、雙穩(wěn)態(tài)、三穩(wěn)態(tài)及四穩(wěn)態(tài)共四種不同的狀態(tài).將體系出現(xiàn)能量極小與極大時(shí)，鐵磁層磁化強(qiáng)度的方向分別定義為內(nèi)稟易軸和內(nèi)稟難軸.根據(jù)內(nèi)稟易軸與內(nèi)稟難軸的具體位置將整個(gè)磁化方向劃分為若干個(gè)角度區(qū)域.分角度區(qū)域地研究體系的磁化過(guò)程可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)磁化強(qiáng)度在

3、磁化循環(huán)中越過(guò)全部的內(nèi)稟難軸時(shí)，鐵磁/反鐵磁體系在磁化反轉(zhuǎn)過(guò)程中將出現(xiàn)全平面轉(zhuǎn)動(dòng)的磁化模式；當(dāng)磁化強(qiáng)度在磁化循環(huán)中只能越過(guò)部分內(nèi)稟難軸或者根本沒(méi)有越過(guò)任何一個(gè)內(nèi)稟難軸時(shí)，鐵磁/反鐵磁體系在磁化反轉(zhuǎn)過(guò)程中將出現(xiàn)半平面轉(zhuǎn)動(dòng)的磁化模式.外磁場(chǎng)沿內(nèi)稟易軸和內(nèi)稟難軸方向磁化時(shí)，一支轉(zhuǎn)換場(chǎng)發(fā)生突變而另一支轉(zhuǎn)換場(chǎng)則保持連續(xù)，最終導(dǎo)致交換偏置場(chǎng)和矯頑場(chǎng)出現(xiàn)階躍行為.本文利用這種分析方法討論了各種類(lèi)型的各向異性對(duì)鐵磁/反鐵磁體系磁化過(guò)程的影響，研究了交換

4、偏置場(chǎng)與矯頑場(chǎng)隨外磁場(chǎng)磁化角度的變化關(guān)系.本論文中的主要結(jié)果有：
　　 一、對(duì)于僅存在單軸各向異性的鐵磁/反鐵磁體系.研究表明，通過(guò)調(diào)節(jié)交換各向異性的大小及方向，體系可以在單穩(wěn)態(tài)和雙穩(wěn)態(tài)之間相互轉(zhuǎn)換，并且導(dǎo)致交換偏置出現(xiàn)不同形狀的角度依賴(lài)關(guān)系曲線(xiàn).外磁場(chǎng)沿內(nèi)稟易軸和內(nèi)稟難軸方向磁化時(shí)，交換偏置場(chǎng)和矯頑場(chǎng)出現(xiàn)了明顯的階躍現(xiàn)象.數(shù)值計(jì)算表明，交換偏置場(chǎng)和矯頑場(chǎng)在階躍點(diǎn)處均具有較大的數(shù)值.在內(nèi)稟易軸的階躍點(diǎn)，矯頑場(chǎng)可以達(dá)到最大；在內(nèi)稟

5、難軸的階躍點(diǎn)，交換偏置場(chǎng)達(dá)到最大而矯頑場(chǎng)可以突然消失.體系在磁化反轉(zhuǎn)過(guò)程中可出現(xiàn)半平面轉(zhuǎn)動(dòng)和全平面轉(zhuǎn)動(dòng)兩種磁化模式，內(nèi)稟易軸與內(nèi)稟難軸所在的方向恰是兩種轉(zhuǎn)動(dòng)磁化模式的分界磁化角度.
　　 二、對(duì)于存在外應(yīng)力的鐵磁/反鐵磁體系.研究表明，調(diào)節(jié)外應(yīng)力的大小和方向可以使體系在單穩(wěn)態(tài)和雙穩(wěn)態(tài)之間相互轉(zhuǎn)換并導(dǎo)致交換偏置的角度依賴(lài)關(guān)系發(fā)生顯著變化.體系存在外應(yīng)力時(shí)，交換偏置的角度依賴(lài)關(guān)系中仍然存在階躍現(xiàn)象.外應(yīng)力可作為一種有效的外部手段來(lái)控

6、制和調(diào)節(jié)鐵磁/反鐵磁體系的交換偏置，這種調(diào)控作用對(duì)磁致伸縮系數(shù)較大的鐵磁層材料將更為明顯.
　　 三、對(duì)于同時(shí)存在單軸和立方各向異性的鐵磁/反鐵磁體系.研究表明，通過(guò)調(diào)節(jié)立方各向異性的大小和方向，體系將出現(xiàn)單穩(wěn)態(tài)、雙穩(wěn)態(tài)、三穩(wěn)態(tài)以及四穩(wěn)態(tài)共計(jì)四種狀態(tài).存在立方各向異性時(shí)，交換偏置將出現(xiàn)復(fù)雜的角度依賴(lài)關(guān)系，表現(xiàn)在交換偏置的角度依賴(lài)關(guān)系中可以出現(xiàn)非常劇烈的振蕩行為.交換偏置場(chǎng)和矯頑場(chǎng)的階躍行為依然可以在交換偏置的角度依賴(lài)關(guān)系中出現(xiàn).

7、體系從單穩(wěn)態(tài)向四穩(wěn)態(tài)變化時(shí)，交換偏置角度依賴(lài)關(guān)系中的階躍次數(shù)逐漸增多；同時(shí)發(fā)現(xiàn)，增強(qiáng)立方各向異性可以顯著提高體系的矯頑力.另外，體系在磁化反轉(zhuǎn)時(shí)仍可出現(xiàn)半平面轉(zhuǎn)動(dòng)和全平面轉(zhuǎn)動(dòng)兩種磁化模式.
　　 四、以平行界面的疇壁模型為基礎(chǔ)，研究了反鐵磁層的疇壁能對(duì)交換偏置角度依賴(lài)關(guān)系的影響.研究發(fā)現(xiàn)，考慮了反鐵磁層的疇壁結(jié)構(gòu)之后，交換偏置的角度依賴(lài)關(guān)系中仍可以出現(xiàn)階躍現(xiàn)象，同時(shí)鐵磁/反鐵磁體系在磁化過(guò)程中仍可以出現(xiàn)全平面轉(zhuǎn)動(dòng)和半平面轉(zhuǎn)動(dòng)兩種