磁性薄膜体系中磁化性质的模拟研究

论文摘要

磁性薄膜作为高密度的磁记录介质,近年来一直受到人们的广泛关注。特别是在2007年诺贝尔物理学奖授予发现“巨磁电阻效应”的科学家后,使得作为能产生巨磁电阻效应的磁性多层膜自旋阀结构更成为人们的研究热点。另一方面,随着电子计算机的高速发展,基于随机模型的monte—carlo方法也逐渐被应用到磁性多层膜材料相关磁性质的研究中。交换偏置效应发现于50多年前,是当今硬盘磁头和磁随机存储器基本构件的物理基础之一。矫顽场作为磁性材料的重要参量,对磁性材料的应用也有着重要的影响。因此,本文拟采用monte—carlo方法,通过对磁性薄膜体系中的交换偏置、矫顽场等磁化特性的研究,以弄清相关物理机理,并为其在实践上的应用提供理论指导。其主要研究内容包含以下两部分内容:1、在铁磁/反铁磁双层膜中,通过调节反铁磁层中非磁性物质的掺杂浓度及掺杂方式,讨论了系统的磁化特性与界面微结构的关系。模拟结果显示:反铁磁层中非磁性掺杂能导致铁磁/反铁磁双层膜体系中交换偏置的增强,且交换偏置随非磁性掺杂浓度的变化是非单调的,即存在极大值。其原因在于反铁磁层相应的自旋排布、磁畴结构等随掺杂浓度的改变发生大的变化,当其正向磁畴和负向磁畴都形成连通的网络结构时,系统的交换偏置达最大。在同一掺杂浓度下,体系的磁滞回线及交换偏置强烈地依赖于掺杂方式,但矫顽场几乎不受影响,其相应的温度特性亦依赖于掺杂方式。它表明铁磁/反铁磁双层膜体系中的磁滞回线的不对称性以及交换偏置与其界面微结构密切相关。同时实验上可通过界面微结构的改变获得交换偏置大、矫顽场小且热稳定性好的自旋阀结构。2、在铁磁/反铁磁双层膜及铁磁单层膜中,通过调节体系的掺杂浓度、掺杂方式、各向异性常数等参数,讨论了系统矫顽场随外场角度变化的关系。模拟结果表明:铁磁/反铁磁双层膜及铁磁单层膜中铁磁层单轴各向异性常数对体系的矫顽场角度特性有决定性影响。即:铁磁层单轴各向异性能较小时,系统的矫顽场随外场角度转动是畴壁位移型变化;反之,矫顽场则以一致转动的方式随外场角度变化。这是因为当铁磁层的单轴各向异性能较大时,自旋格点间的耦合作用能则相对较弱,所以外场角度变化时,弱自旋耦合能使矫顽场随外场有轻微的偏转,强单轴各向异性能使得矫顽场突然有一个跃变(约40度);当铁磁层单轴各向异性能较小时,系统自旋格点间的耦合作用能则相对较强,当外场角度变化时,由于自旋之间的强耦合作用,所以系统的矫顽场会随外场有一个先增大后减小的变化趋势。掺杂浓度、晶粒尺寸等参数对矫顽场的角度特性的影响不大,但对系统的矫顽场的大小有一定影响。结果表明矫顽场随外场角度变化的两种机制,是系统的铁磁单轴各向异性能与自旋耦合能竞争的结果。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 铁磁/反铁磁系统的研究意义
• 1.2 铁磁/反铁磁系统中重要概念介绍及发展现状
• 1.3 本工作的研究动机
• 1.4 本论文的主要工作
• 参考文献
• 第二章 模拟方法及理论模型
• 2.1 基本理论模型
• 2.2 铁磁/反铁磁双层膜结构和模型
• 2.3 随机模拟的Monte-Carlo方法
• 参考文献
• 第三章 铁磁/反铁磁双层膜系统中的磁化性质与界面微结构
• 3.1 引言
• 3.2 掺杂浓度对铁磁/反铁磁双层膜中磁化特性的影响
• 3.2.1 结果与讨论
• 3.2.2 结语
• 3.3 掺杂方式对铁磁/反铁磁双层膜中磁化特性的影响
• 3.2.1 结果与讨论
• 3.2.2 结语
• 参考文献
• 第四章 磁薄膜体系中的矫顽场的角度特性
• 4.1 引言
• 4.2 铁磁单层膜中矫顽场的角度特性
• 4.2.1 结果与讨论
• 4.2.2 结语
• 4.3 铁磁/反铁磁双层膜体系中矫顽场的角度特性
• 4.3.1 结果与讨论
• 4.3.2 结语
• 参考文献
• 第五章 论文总结与工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表和即将发表的论文目录
• 致谢