外延生长Fe/Co/Cu（001）的结构与磁性

摘要

室温下,在Cu(001)单晶衬底上外延生长的Fe超薄膜,随层厚的不同具有丰富的结构和磁性.(i)1-4 ML(原子层)时,Fe为fct结构,铁磁性,易磁化轴垂直于膜面;(ii)5-11ML区域,Fe为fcc结构,只有表面1-2 ML为铁磁性,内部为反铁磁性(奈尔点约200 K,室温下为非磁性);(iii)11 ML以后,Fe转变为bcc结构,铁磁性,并且易磁化轴倒向面内.而在低温生长的Fe/Cu(001)不出现fcc结构,直接从fct转变到bcc相,与之对应的是自旋结构的变化.Fe在fcc Co(001)上外延生长与在Cu(001)上外延生长具有相似的结构相,不同的是,前者在整个Fe厚度内易磁化轴都在膜面内,这是由于Fe与Co之间强烈的磁交换耦合作用所造成.由于Co和Cu的晶格失配相当小,实验中Co(001)衬底面是通过在Cu(001)上外延生长Co得到的.当Co缓冲层的厚度小于2 ML时,由于Co的生长而引起的表面粗糙度的变化会影响到室温下生长的Fe从fcc到bcc结构相变发生的厚度位置,但是Co的多少并不会影响其从fct到fcc的相变.因此,可以认为,fct到fcc的相变是一种体效应,而fcc到bcc的相变跟表面的粗糙度有关.在低温(100K)下生长的Fe的fct结构区域,我们研究了由于Co引起的Fe从垂直到面内的自旋重定向过程.在考虑了Co的双层生长模式的基础上,计算了Fe/Co的各向异性,对实验结果进行了拟合.所有的实验都是在超高真空的环境中完成的.利用磁光克尔效应研究了薄膜的磁学性质;并用反射式高能电子衍射(RHEED)、低能电子衍射(LEED)和俄歇电子谱(AES)表征了薄膜的结构、组分和生长过程.