1.3  反铁磁稀释效应论文网

对于反铁磁稀释效应现在没有一个明确的定义，但通过阅读文献归纳概括，我们可以认为，反铁磁稀释效应就是利用一定的技术如共溅射、复合靶溅射等，来实现非磁物质在反铁磁层指定位置的均匀分布或形成插层，通过这些非磁性物质的加入，改变了反铁磁基体中的相关结构，从而达到调控或影响交换偏置现象的一种方法。不同的非磁物质会产生不同的稀释效应，因而，寻找一种能够很好地调控交换偏置的物质，对于实验研究的进行有很大的帮助，同时也将使交换偏置现象的应用前景更加广阔。

2  交换偏置

2.1  交换偏置概念

在磁学范畴中，磁性材料的易轴方向，即磁矩容易被磁化饱和的晶体学方向，取决于磁晶各向异性，而磁晶各向异性又取决于轨道磁矩与自旋磁矩耦合作用。对于单轴各向异性的磁性材料，一般包含着正负两个方向。在交换偏置体系中，由于AFM的存在使得FM异性轴的正负方向平衡被打破，从而产生了单性异性。

单方向的各向异性和交换偏置源于FM/AFM界面的互相交换作用。当FM/AFM体系处升温在反铁磁奈尔温度（TN）和铁磁居里温度（TC）之间时，FM中磁矩沿外磁场方向排列，而AFM中磁矩处于混乱状态，如图2-1(a)。随着系统温度降到TN时，在外加磁场和界面处FM磁矩的共同作用下，AFM界面的磁矩呈铁磁排列，在总磁矩为0的原则下，AFM磁矩如图2-1(b)所示。

图2-1 交换偏置效应示意图[3]

随着外磁场的减小，FM磁矩发生转动，由于AFM磁晶各向异性能大，AFM磁矩保持不变，由于界面处的铁磁交换作用，AFM界面处磁矩使得FM磁矩翻转发生困难；而当外磁场由负变正时，在AFM界面处，FM磁矩翻转变得容易，这样使得磁滞回线整体向左发生偏移，产生交换偏置，可由磁滞回线中心处距离原点的距离来决定交换偏置的大小。

对于AFM界面情况分析，反铁磁与铁磁界面耦合产生交换偏置，FM的界面情况是相对单一，但AFM界面却存在着两个不同的界面情形：未补偿界面和补偿界面，如图2-2所示。补偿界面表示AFM界面单位长度的净磁为0；相反，未补偿界面测表示了AFM界面存在着有限的净磁。

图2-2 补偿界面与未补偿界面示意图[3]

未补偿界面与铁磁界面耦合产生交换偏置直观上比较容易理解。而对于补偿界面实验结果不尽相同，且在理解上有一定难度。在一些补偿界面的情况下，如准外延NiFe/Cr（100）或NiFe/CrO（110）双层膜中，交换偏置场为零[4]。然而在另外一些补偿界面中，如外延FeNi/FeMn（111）双层膜[5]，不但存在交换偏置场，而且数值比由未补偿面构成的双层膜还要大。

2.2  理论机制发展及其模型

一般认为，交换偏置效应起源于材料中铁磁和反铁磁两相界面处的交换耦合作用（Exchange Coupling），即界面处反铁磁相对铁磁相的“钉扎”作用[6]。 在理论上，已有解释这一效应的几种模型。

交换偏置效应的发现者Meiklejohn和Bean最先提出一个简单物理图像对该效应进行了定性地解释，简称M-B model[7]，但其计算结果比实验值大几个数量级。继Mauri等人在1987年提出反铁磁畴壁模型之后[8]，IBM托马斯沃森研究中心的Malozemoff又提出了随机场模型[9-10] 来解释薄膜体系中的交换偏置效应。近些年来，科学家采取了不同的方法思路，开始研究界面处一小部分导致交换偏置产生的未补偿自旋的作用，提出了钉扎未补偿界面理论。2000年以后，P. Miltényi、U. Nowak和J. Keller等人通过实验，又提出了缺陷下形成垂直于界面的反铁磁畴壁理论，并发展和完善了畴态模型（Domain State Model）[11]。 层间交换偏置体系中反铁磁稀释效应的微磁学模拟(4):http://www.youerw.com/cailiao/lunwen_75691.html