层状膜和多层膜的磁性和磁弛豫研究

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1、摘要自从发现巨磁电

2、j且效应(GMR)，各芹中巨磁电阻器僻在机电、汽车、舰空航天及高密度信息存储等领域得到了广泛应用。在巨磁电阻器件的实用化过程中，对铁磁(FM)／反铁磁(AFM)双层膜交换偏置的研究发挥了重要作用。例如，以FM／AFM双层膜为挞本结构的臼旋闽GMR读出头，促进了磁记录密度的飞速发展；FM／AFM双层膜也是目前厂_为关注的磁随机存储器(MRAM)的基本结构。最近，人们筮磁共振线宽产生了极大的研究兴趣。一方面，共振线宽可以提供磁4rl'-性薄膜的磁弛豫、磁各向异性和薄膜质量等信息。另一方面，由于磁记录正向超高速度方向发展，磁头和磁记录介质的工作频率将越来越商。

3、所以对磁弛豫机制豹研究变得越来越重要。本论文主要包括两方面的内容：～是撇Mn双层膜交接循置豹磁锻炼效应和磁弛豫研究；二是Co／Pt多层膜的磁性和磁弛豫研究。一、铁磁／反铁磁的交换耦合效应1．用直流磁控溅射制备了铁磁层为楔形结构的FM／FeMn双层膜，其中铁磁层材料分别为Ni，Py'Ni50Feso，Co和Fe。对其交换耦合和磁锻炼效应的研究表明：交换辐合能随着铁磁层磁化强度的增加丽增加，可以用J。。t√M。的关系拟台：磁锻炼效应同铁磁层磁化强度和磁化反转机制有关。如果FM／FeMn双层膜具有相似的磁化反转机制，偏置场的相对变化随着磁化强度的增大而减，j、。铁磁层磁化强度对磁

4、锻炼效应趵影响可用Fulcomer和Charap提出的热稳定性模型来理解。这些结果有助于理解交换偏置机制，从而有助于设计更好的巨磁电阻器件。2。用直流碰控溅射制备了坡莫合令Fel9N‰(楔形，0-300A)／FeMn(】50A)双层膜，研究了Fel9Ni8l／FeMn双层膜的面内不同角度的铁磁共振。对所有铁磁层厚度的样品，铁磁共振测得的交换偏置场与振动样品磁强计测得的偏置场非常接近。由于矫顽力和单轴各向异性场相等，所以双层膜的磁化强度反转可以用一致转动来描述。对于Py层较厚的样品，共振谱只有一个强的一致迸动共振蜂；Py层厚度较小时．在强的共振峰附近还有一个弱共振峰，表明存在

5、界面扩散。在Py／FeMn双层膜中，由于复旦博士毕业论文摘要铁磁W,-fl"J楔形结构和FM／AFM界面扩散的其同作用，各向同性共振场的移动何。为lB交换偏置场、各向异性场、矫顽力以及各向I司性共振场的移动均正比丁铁磁层厚度的倒数，清楚地表明了交换偏置的界面特性。3．用磁控溅射制备了CoNi(楔形，O-260A)／FeMn双层膜，测量并用Landau—I。ifshitz—Gilbert(LLG)方程分析了铁磁共振谱。有效退磁场和Land6g因子随着铁磁层厚度的减小分别减小和增大。共振线宽与out．of-plane角度的依赖关系及与铁磁层厚度的依赖关系可以用内禀吉尔伯特阻尼和

6、磁不均匀展宽来解释。拟合计算表明这两部分的贡献随着铁磁层厚度的减小而增大，并且线宽的贡献主要来自于内禀阻尼的贡献。吉尔伯特阻尼因子G和耳一2随着铁磁层厚度的减小而增加，其依赖关系分别为G《1／t，u，g一2∞√l／r。，而且在不同的铁磁层厚度下，有G。c(g一2)2。该双层膜面内各向同性共振场H。的符号为负，大小正比于铁磁层厚度的倒数，该结果有利于理解楔形．Py／FeMn双层膜中的结果。二、Co／Pt多层膜磁性和磁弛豫研究用磁控溅射制备T[Co(楔形，0-20A)／Pt(10A)]8多层膜，当，。≤9A左右时，样品具有方的克尔回线，剩磁比可达100％，而r，。≥13．7A的

7、样品的易轴在膜面。对f。．≥137A的样品，测量了并用LLG方程分析了FMR谱。共振线宽△H，。随着co层厚度的减小而增大，只用内禀吉尔伯特阻尼和磁不均匀性不能解释线宽△H。。与巳的依赖关系，因此需要同时考虑非本征磁弛豫的贡献，这也直接证明了非本征磁弛豫的必要性。由于界面效应，吉尔伯特阻尼因子G和非本征磁弛豫随着Co层厚度的减小而增大。G因子的变化来自于额外的轨道磁矩的贡献和界面非局域吉尔伯特阻尼效应。非本征磁弛豫对线宽的贡献与双磁振子散射模型计算的结果相一致。关键词：交换偏置，铁磁，反铁磁，铁磁共振，磁弛豫，磁锻炼效应，Co／Pt多层膜II复旦博士毕业论文Abstract

8、Sincethediscoveryofgiantmagnetoresistance(GMR)，ithasreceivedmuchattentionbecauseofitsimportanceinapplicationsofvariousGMRdevicesinthefieldsofmachine，car，avigation，andultrahigh·densitymagneticrecording．Forexample，thespinvalveGMRreadingheadhasallowedadramaticinc