图1。1　CoO/ Co系统经场冷后在T = 77 K时的转矩曲线和磁滞回线[5]

单方向的各向异性和交换偏置可以理解为FM/AFM界面存在着交换相互作用[6]。将FM/AFM体系在磁场中升温至TN（AFM的Neel温度）以上、TC（FM的居里温度）以下后，铁磁层中磁矩会在外磁场作用下沿着磁场方向排列，而反铁磁层中磁矩仍然保持着杂乱无章状态。当系统冷却后，由于外加磁场和界面处FM磁矩的存在，使得AFM界面处磁矩成铁磁排列（假设FM/AFM界面是铁磁相互作用），AFM其它面内的自旋磁矩在遵循总磁矩为0的原则下随着AFM界面处自旋排列下去，当冷却温度低于TN后AFM磁矩如图1。2的（ii）所示。

当外磁场减小时，FM磁矩发生转动。由于AFM的磁晶各向能大，AFM磁矩保持不变；AFM界面处的磁矩会让FM界面处的磁矩翻转发生困难，其原因是由于两者之间存在铁磁交换能；而当外磁场的磁场方向由负变正时，FM磁矩翻转在AFM界面磁矩的作用下变得容易，从而会使磁滞回线的整体向左发生移动，于是产生了交换偏置。交换偏置场大小取决于磁滞回线中心与原点间的距离。

图1。2  FM/AFM双层膜的自旋组态在交换偏置磁滞回线中的不同阶段示意图

现有的交换偏置体系从反铁磁材料方面进行分类，一般可以分为以下几种：

（1）金属性FM /AFM 薄膜。如Fe20Ni80/FeMn、FeCo/IrMn等。

（2）金属氧化物FM /AFM 薄膜。Ni/NiO [6,7]、Co/CoO、Fe/FeO[8]，其中Co的氧化物薄膜拥有比较明显的交换偏置效应。

（3）金属氮化物、硫化物或者氟化物组成的反铁磁体系。比如FeS、FeF2、MnF2[9]，这些体系由于自旋结构简单，则作为交换偏置的基本材料去研究比较适合。

1。2。2 交换偏置基本特征

FM与AFM厚度对于交换偏置场大小的影响在研究人员的理论模型中得到了一定的预测。FM/AFM体系中的交换偏置是一种界面效应，这已经被大量的实验和理论模型所验证 [10-13]。对于双层的薄膜的体系，当AFM厚度为一个常数的时，FM层并且比磁畴壁的厚度小时，则如图1。3（a）可以看出HE将和FM 层厚的度成反比的关系。这时我们可以从直线的斜率来计算出交换能Jex的大小。但是当1/ t FM →0 时， HE ≠0，显然不再满足线性规律。这也许是FM层太薄而无法成为连续膜时，这一线性规律将不适用[14]。而FM和AFM的晶体结构、界面缺陷都对矫顽力有很大的影响，所以交换偏置中矫顽力变大的原因较之复杂，很难简单地用界面效应予以合理解释。论文网

交换偏置中AFM层厚度影响机理还没达成统一共识。如图1。3(b)所示，其以FeNi/FeMn为例，此时铁磁层在反铁磁层的下部。随着AFM反铁磁层厚度增大，当超过某一阈值时，就产生了HEB，而后场强急剧增加，达到某一较厚厚度时，HE变为一个常数，之后又会下降。因为当反铁磁层厚度小于临界值时，反铁磁层的总各向异性能小于界面交换能，即Jex ≥KAFM tAFM ，磁滞回线没有出现交换偏置场[15]。因为每种反铁磁材料的各向异性常数不一样，所以导致双层膜临界值也会存在差异。有些实验可以看出当FM在位于AFM上方时，反铁磁层厚度变厚HE会出现极值，这是由于生长顺序对反铁磁层厚度有影响，从而对交换偏置产生作用。值得一提的是，双层薄膜界面体系的形貌特征会受到反铁磁层AFM厚度的影响，交换偏置的效应也会随之改变。当前，还需进一步加深研究反铁磁层厚度是如何影响交换偏置效应。 

图1。3（a）表示Py/FeMn（15。0nm）中HEB和HC与FM 厚度的关系；（b）表示Py (7。0nm) / FeMn中HEB 和HC与AFM厚度的关系[5]

HE的大小和界面的结构取向存在很大的关系，所以对于不同的AFM层晶格平面，其FM层的HE便不一样。如果在一个平面内部，他们的磁矩矢量和可以相互抵消，则就可以组成补偿的界面。于此相反，如果在另外原子的平面内，磁矩不能相互抵消，那么这就是未补偿的界面。实验的结果一般与未补偿界面的情况相似，对于补偿界面的情况则不易预测。一般情况下界面内部有粗糙的摩擦，因此会存在交换偏置场。因为粗糙的程度会影响界面效应，界面效应的改变会进一步改变交换偏置场。值得一提的是，粗糙程度对不同晶系的影响程度是不同的。