Tb/Fe50Mn50多层膜层间与界面交换耦合的研究

石立欣，姜伟棣，陈焕坚，田　博，张崇赫，焦志伟

(中国计量学院理学院，浙江 杭州 310018)

Tb/Fe50Mn50多层膜层间与界面交换耦合的研究

石立欣，姜伟棣，陈焕坚，田博，张崇赫，焦志伟

(中国计量学院理学院，浙江 杭州 310018)

摘要：采用磁控溅射技术制备了span多层膜，用Versalab振动样品磁强计测量薄膜样品在不同温度下的磁滞回线，研究了span多层膜体系矫顽力和温度、薄膜层数及反铁磁层厚度的关系，以及薄膜铁磁层与反铁磁层界面耦合作用和铁磁层的层间耦合作用.研究发现铁磁层与反铁磁层的界面耦合作用随温度升高而增加，且存在随薄膜厚度增加而增大的转变温度Tspan.当TTspan时，使矫顽力增大.铁磁层的层间耦合作用随反铁磁层厚度在铁磁耦合和反铁磁耦合之间振荡变化，当TTspan时，耦合作用突然增强.

关键词：磁性薄膜；矫顽力；界面耦合；层间耦合

0引言

对磁性纳米多层膜材料的研究无论在凝聚态物理理论还是在磁记录读出头中的自旋阀、巨磁电阻随机存储器、磁性传感器等实际应用中都有重大意义.1986年在Fe/Cr/Fe结构中首次观察到Fe层之间的反铁磁耦合作用[1]，与此同时，在Cr/Y超晶格中发现了铁磁耦合与反铁磁耦合振荡现象[2]，Parkin等在Co/Ru,Co/Cr,Co/Cu及Fe/Cr多层膜中发现了层间耦合的振荡以及巨磁电阻效应,且研究表明这种振荡现象与多层膜夹层种类厚度有密切关系[3].但目前尚未有一个完整的理论能够很好地解释交换耦合作用，而且对这两种耦合作用的相互关系的研究少有报道.

1实验

2结果与分析

图多层膜在温度为60，120，180，240 K时的磁滞回线Fig. 1　Hysteresis loops at 60，120，180，240 K for 8 multilayer

图薄膜样品矫顽力随反铁磁层厚度的变化曲线Fig. 2　Thickness of AFM dependence of coercivity of

其中J(0)是0K时的耦合作用强度，T0=ħVF/2πKDd为特征温度，d为中间层厚度.由上式可见铁磁层间耦合作用随温度单调变化，当中间层为金属时，J(T)随温度升高而减小，当中间层为绝缘体时，J(T)随温度升高而增大[6].因此，在本实验中，可以假设铁磁层间耦合作用强度随温度升高而逐渐降低.

图3　薄膜样品的矫顽力随温度的变化曲线Fig. 3　Temperature dependence of the coercivity of multilayers

3结论

参考文献:

[1] Grunberg P， Schreiber R， Pang Y，etal.Layered magnetic structures:evidence for antiferromagnetic coupling of Fe layers across Cr interlayers[J].Phys Rev Lett,1986，57(19)：2442-2445.

[2] Majkrzak C F， Cable J W， Kwo J，etal.Observation of a magnetic antiphase domain structure with long-rang order in a synthetie Gd-Y superlattice[J].Phys Rev Lett，1986，56(25):2700-2703.

[3] Parkin S S P, More N, Roche K P. Oscillations in exchange coupling and magnetoresistance in metallic superlattice structure:Co/Ru,Co/Cr and Fe/Cr[J].Phys Rev Lett,1990，66(16):2152-2155.

[4] 焦志伟.平整与非平整基底表面磁性薄膜的物理特性研究[D].杭州：浙江大学，2008.

[5] 郑卫民，周仕明，陈良尧，等.Fe-Ni/Cu磁性多层膜中层间耦合和磁性的研究[J].复旦学报：自然科学版，1997，36(3)：289-294.

[6] 刘伟，刘雄华，龚文杰，等.磁性薄膜材料中的交换耦合[J].中国材料进展，2013，32(6):321-338.

Interface Coupling and Interlayer Coupling in Tb/Fe50Mn50 Multilayers

SHI Lixin, JIANG Weili, CHEN Huanjian, TIAN Bo, ZHANG Chonghe, JIAO Zhiwei

(College of Science, China Jiliang University, Hangzhou 310018, China)

Abstract:The hysteresis loops of Tb/Fe50Mn50multilayers which are fabricated by dc magnetron sputtering are measured by Vibrating Sample Magneto(Versalab) at different temperatures. This paper investigates the relations among the coercivity of Fe50Mn50, temperature, layers and the thickness of antiferromagnetic layer, as well as the interface interactions between FM layer and AFM layer and the interlayer coupling between Tb layers. It is showed that the interface coupling gets stronger as the temperature increases, and a transitional temperature Tspan, which increases with the thickness of the film, is observed. Due to the interface coupling, at T < Tspan, coercivity decreases, and while at T >Tspan, coercivity increases. For the interlayer coupling, it oscillates between magnetic coupling and antimagnetic coupling with the thickness of Fe50Mn50at T < Tspan, interlayer coupling decreases with increasing temperature, and while at T >Tspan, interlayer coupling becomes stronger obviously.

Key words:magnetic film; coercivity; interface coupling; interlayer coupling

文章编号:1674-232X(2015)06-0641-04

中图分类号:O482.52；O482.54

文献标志码:A

doi:10.3969/j.issn.1674-232X.2015.06.014

通信作者：焦志伟(1967—)，女，教授，博士，主要从事纳米磁性材料的微观结构及其物性研究.E-mail:jzwgj@163.com

基金项目：国家自然科学基金项目(51271172);浙江省大学生科技创新活动暨新苗人才计划(2014R409031).

收稿日期：2015-03-12