铁—铁铂垂直交互弹性双层膜退磁过程中的角度依赖性

1、铁铁铂垂直交互弹性双层膜退磁过程中的角度依赖性M. Solzi，C. Pernechele, R，Pellicelli，M. Ghidini，F. Albertini and F. CasoliJournal of Magnetism and Magnetic Materials Volume 316, Issue 2, September 2007, Pages e313-e316摘要本文介绍了交互弹性双层膜的磁滞回线的角度依赖性，交互弹性双层膜由软相铁层膜和的硬相层膜所构成。在MgO（0 0 1）基片上，通过射频溅射制备名义厚度为10nm的FePt薄膜，是为了获得沿着垂直于薄膜平面的c轴的

2、外延伸长。软相铁层膜沉积了不同厚度（210nm）的放射性同位素。利用超导量子干涉仪变换硬相易磁化轴和外加场方向二者之间的角度，来研究双层磁性的角度依赖性，外加场方向的范围是从0-。通过一维微磁模型来研究不同角度的磁性行为，特别研究了垂直磁各向异性情况下的伸长。关键词：交互耦合；垂直各向异性；永久磁铁；退磁过程1. 绪论作为一种研究交互弹性原理的重要材料，由相互耦合的硬相和软相磁偶构成的平面纳米复合材料，引起了广大人们的兴趣。此外，带强垂直磁各向异性的磁结构受到了极大的关注，其具有应用于垂直磁记录的应用前景。同时，为了实现磁化微机电系统（MEMS），CoPt和FePt经常用于各种实验。已经提出来

3、的一种新理论方法，是为了预测交互耦合磁系统的磁性行为，该磁系统带有垂直磁各向异性和已区分了的耦合区，耦合区通过硬相和软相的尺寸与固有特性来进行区分。目前的工作，我们研究了在交互弹性双层的退磁过程中的角度依赖性，双层膜的软相是铁膜，硬相是在MgO（0 0 1）基片上外延伸长的（测量）。在质子磁性共振场和涉及到反向磁化的基本机构，角度依赖性的研究分析很重要，这是为了能更好地了解这些材料的潜能。根据一维微磁模型对实验的滞后回线进行了仿真，尤其是通过垂直磁各向异性优化了交互耦合系统。2. 实验在MgO（1 0 0）单晶体上，通过射频溅射沉积10nm厚的膜，是为了在T=的时候，得到外延伸长。获得的硬相显

4、示为高度化学排列，（0 0 1）晶面，强磁各向异性以及大垂直矫顽力。厚度分别为2，3，3.7，10nm的软铁层，室温条件下，在硬相上沉积一层膜，与Pt或Ag一样是为了避免Fe被氧化。利用超导量子干涉仪变换硬相易磁化轴和外加场方向二者之间的角度，研究了磁性特征，外加磁场方向的范围是从0-。3. 一维连续微磁模型该分析系统由两交互耦合的双层膜所组成。硬相表现为沿垂直薄膜平面的C轴的单轴磁体各向异性。和形状各向异性的作用相比，软相的磁体各向异性能量可以忽略不记。在这种情况下，施加外磁场且考虑到各向异性轴，H的角度为。（如图1所示）。图1-各向异性轴垂直于薄膜平面的硬/软双层膜一维连续微磁模型的基本示

5、意图。根据这种方法，每一层都考虑成无限的且理想的，因此就没有考虑磁畴，仅允许反向机构是瞬时旋转。磁化的均衡配置对应于最小能量状态，以便于自由能稳定。一部分薄膜整体面积上的吉布斯能量密度描述如下： （1） （2） 式中：和表示方位角（the projection of magnetization in the y-z plane and the z axis）和顶角，使每一原子平面，磁化方向得以具体化；（Ai is the exchange stiffness constant of layer i） 表示每层的磁饱和；表示磁导率，表示总各向异化常数，包括磁体各向异化和形状各向异化，退磁畴的贡献

6、已经考虑在总各向异化常数之内了。这种方法反映出了连续性逼近，连续理想且无限横向伸长的薄膜，退磁因子N=1。我们可以核实最低能量结构是一维解决方案（），对此，自由能密度表达如下： （3）边界条件为：对于相应假设的强交互耦合夹层的最后条件。如果膜厚十分薄，我们可想法确定均衡配置（利用投射模型），相应的欧拉方程为： （5）仅当施加磁场为垂直（）或水平（）时，该方法才能达到饱和。在饱和状态（），等式（5）变为如下： （6）对于其他方向上的饱和状态，理论上仅在无限场时才能获得，此时很明显地，等式（5）变为： 当H4. 结论和讨论目前得到了3.7nm厚的铁膜/10nm厚的FePt的实验结果。图2为3.7n

7、m厚的软相层在不同角度的实验磁滞回线。当施加磁场后，磁滞回线在不同角度退磁过程的演变。图2 实验（点）和仿真（直线）的磁滞回线。是易磁化轴和外加场方向之间的角度。如果我们考虑到饱和磁化和，硬相的各向异性常数， ，那么室温下测量的磁滞回线和仿真曲线能够很好地吻合。磁滞回线的可逆区域，主要是循环过程。沿着正磁场一个固定方向开始，退磁过程在一维模型里表现得很清楚了。然而，当外加场通过零场时，磁体的结构就变得不稳定且方位角从跃迁至，这是由于退磁畴和假定零磁体软相的各向异性常数的共同影响。之后的终态在x-y平面是对称的，如果进一步增加施加磁场，将会导致在相反方向达到饱和。退磁幅度的正弦曲线，在的零场和的

8、零场，二者相同，可以通过良好的逼近模型和实验来观测。（如图3所示）图3-在零场，外加磁场角度不同时，的磁化幅值和（最大值）的磁化幅值的比值。然而，矫顽磁场和饱和磁场之间有明显的差异。根据模型，反磁场为硬相不稳定的开始。从而引起整个系统的交互。理论反磁场应作为实际矫顽磁场的上限，类似于Stoner-Wohlfarth的交互磁场。实际上，我们没有考虑在真正系统（例如角色缺陷和畴壁）中会发生的交互机制。此外，如图2所示，实验数据在0.7MA/m磁场达到饱和，然而理论数据，根据等式（5），如果从变化到，却没有达到饱和。另一方面，在高磁区，由于大的干扰信号，误差在测量回路中增加了。5. 结论本文完成了Fe-FePt交互弹性双层膜退磁过程中角度依赖性的全部研究。在实验滞后回线可逆区，主要是反转过程，同时在零场有跃迁，这可通过模拟回线得到很好的重现