界面混合对铁磁/反铁磁薄膜磁性质影响的模拟研究

摘要

近些年来，交换偏置效应在磁记录、薄膜磁头以及磁传感器领域有广泛的应用，铁磁/反铁磁薄膜系统中的交换偏置效应的研究是当前自旋电子学领域的研究热点。交换偏置效应可以很好的解决微型存储器件中的超顺磁现象，所以铁磁/反铁磁薄膜系统中交换偏置的研究尤为重要，它将为研究新一代自旋电子器件奠定物理基础。界面粗糙程度、原子混合和稀释等都会对系统的交换偏置有重要影响。
　　本文采用经典的Heisenberg模型建立了铁磁(FM)/反铁磁(AFM)双层薄膜系统，考虑了界面中铁磁膜与反铁磁膜中自旋的混合，利用修正的Monte Carlo方法分别研究了界面铁磁混合浓度、反铁磁磁晶各向异性、界面交换耦合作用以及冷却场对铁磁/反铁磁薄膜体系的热力学性质的影响。计算结果表明，界面混合浓度、界面交换耦合作用、反铁磁磁晶各向异性增加时，系统的转变温度向高温方向移动，磁化率和磁比热的峰值均相应移动;在有场降温时，系统铁磁层的磁化强度随冷却场的增大而增强，反铁磁层出现平台处的磁化强度随着冷却场的增大而增大。
　　采用同样的方法计算了双层膜的磁滞回线。具体研究了界面层铁磁混合浓度、冷却场、反铁磁磁晶各向异性以及界面交换耦合作用对铁磁/反铁磁薄膜磁化过程的影响。计算结果表明，界面层的磁化状态决定系统的交换偏置，界面铁磁混合浓度的大小对磁滞回线、交换偏置和矫顽力有重要的影响。界面混合浓度增加时，交换偏置先增大后减小，矫顽力先减小后增大;当冷却场很小时，界面层的净剩磁为负产生负交换偏置现象，当冷却场达到一定值时，界面层的净剩磁为正产生正交换偏置现象;当系统在降温过程中所受的外磁场不是很强时，大的反铁磁性界面耦合作用会起主要作用，使反铁磁基底的表面经过有场降温后产生负的净剩磁，从而最终出现的是负交换偏置现象;此外随着反铁磁磁晶各向异性的增强，弱场降温后交换偏置场单调负向增大。这些现象是由于系统内交换耦合作用能尤其是铁磁反铁磁之间的层间交换耦合能、反铁磁磁晶各向异性能、以及降温过程和磁化过程中的Zeeman能之间的竞争造成的。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 物质磁性及纳米磁性材料

1．1．1 磁学发展简述及物质磁性分类

1．1．2 纳米磁性材料及其物理特性

1．2 磁记录技术简介

1．2．1 磁记录存储技术的发展历史和现状

1．2．2 典型的磁记录模式

1．3 交换偏置

1．3．1 交换偏置效应的基本现象

1．3．2 混合磁性薄膜中交换偏置和矫顽力的研究

1．4 本论文的研究内容

第2章 理论模型与计算方法

2．1 理论模型

2．1．1 海森堡模型

2．1．2 混合体系的哈密顿量

2．2 磁体中存在的主要作用能

2．2．1 交换作用能

2．2．2 磁各向异性能

2．2．3 塞曼能

2．3 Monte Carlo方法

2．3．1 本论文所采用的修正的Metropolis算法

2．3．2 各热力学量的表达式及物理意义

2．3．3 周期性边界条件

2．4 本章小结

第3章 铁磁／反铁磁薄膜系统的热力学性质

3．1 界面混合浓度对热力学量的影响

3．1．1 界面混合浓度对磁化强度和磁化率的影响

3．1．2 界面混合浓度对内能和磁比热的影响

3．2 冷却场对热力学量的影响

3．2．1 冷却场对磁化强度的影响

3．2．2 冷却场对内能的影响

3．3 反铁磁磁晶各向异性对热力学量的影响

3．3．1 反铁磁磁晶各向异性对磁化强度的影响

3．3．2 反铁磁磁晶各向异性对内能和磁比热的影响

3．4 界面耦合作用对热力学量的影响

3．4．1 界面耦合作用对磁化强度和磁化率的影响

3．4．2 界面耦合作用对内能和磁比热的影响

3．5 本章小结

第4章 铁磁／反铁磁薄膜系统的磁化过程

4．1 界面混合浓度对系统磁化过程的影响

4．1．1 界面混合浓度对磁滞回线的影响

4．1．2 界面混合浓度对交换偏置和矫顽力的影响

4．2 冷却场对系统磁化过程的影响

4．2．1 冷却场对磁滞回线的影响

4．2．2 冷却场对交换偏置和矫顽力的影响

4．3 反铁磁磁晶各向异性对系统磁化过程的影响

4．3．1 反铁磁磁晶各向异性对磁滞回线的影响

4．3．2 反铁磁磁晶各向异性对交换偏置和矫顽力的影响

4．4 界面耦合作用对系统磁化过程的影响

4．4．1 界面耦合作用对磁滞回线的影响

4．4．2 界面耦合作用对交换偏置和矫顽力的影响

4．5 本章小结

第5章 结论

参考文献

致谢