磁薄膜系统中的磁化特性及自旋波性质的研究

论文摘要

在信息时代中,数据存储是信息处理的重要一环,而磁记录存储又是数据存储的最主要的方式。交换偏置现象是当今硬盘磁头和磁随机存储器（MRAM）基本构件的物理基础之一。为了提高磁记录存储介质的性能,研究铁磁/反铁磁双层膜系统的物理性质显得非常重要。随着磁记录的迅速发展,磁记录介质越来越多样化并且可以记录每比特率的信息。与此同时,现代计算机处理器速度的迅速增加要求在亚毫微秒时间间隔内将信息记录好。为了达到这一要求,人们可以采用进动交变磁化的方法,即信息磁场要在一定时间间隔内起作用。而交变磁场作用间隔由存储媒介的自旋波激发本征频率决定。因此,无论是理论还是实验,对存储介质自旋波激发的研究已经引起了科学研究者的高度关注与兴趣,并成为凝聚态物理学与材料物理学的前沿课题之一。鉴于受限磁性膜中的磁化及自旋波激发在物理研究和实际应用中的重大意义,本文选择“磁薄膜系统中的磁化特性及自旋波性质的研究”作为研究课题。本文主要包含两部分工作:第一,铁磁/反铁磁双层膜系统中的交换各向异性表现出了许多静磁特性,例如增强的矫顽力以及磁滞回线的偏移等。当各向异性反铁磁层与铁磁层发生交换耦合时,铁磁层便会呈现出有效各向异性,从而表现出不同的静磁现象。其有效各向异性亦可用来解释交换偏置双层膜系统的动力学特性。我们主要研究了铁磁/反铁磁1/反铁磁2交换偏置系统的交变磁化强度、交变渗透率及相应的畴壁特性等动力学行为。结果表明第二个反铁磁层能较大程度地影响着交换偏置双层膜系统的动力学特性。与交换偏置双层膜系统相比,三层膜系统的畴壁宽度变小了,而其畴壁能和畴壁质量都有所增加。相应地,畴壁速度减小了而相应的磁化率却是增大的,特别是在临界温度附近效果更加明显。为此,我们可增加一反铁磁层,通过其与双层膜系统的交换耦合来调节双层膜系统的交换各向异性。第二,我们研究了宽度、厚度有限而长度无限的金属磁条中自旋波传播的特征。为此,运用Landau-Lifshitz方程,边界处动态磁化强度由有效偶极边界条件约束,得到了该体系抽运微波磁场的阈值曲线以及色散曲线的解析式,揭示出自旋波激发谱与磁条宽度的具体关系。结果表明,平面约束下磁条的阈值曲线中出现了明显的扭结现象。并且随着磁条宽度的增加,其扭结数近似地呈指数形式增加,而最低扭结处两阈值的跳跃差值几乎呈反比形式变化。当磁条宽度逐渐增大到一定值后,阈值曲线将呈现出连续性。由于阈值曲线与材料内在的高频耗散机理有着密切的联系,因此,我们可以从阈值曲线中得到的相关信息来研究材料中的磁损耗。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 磁性材料简述
• 1.1.1 永磁材料
• 1.1.2 磁性形状记忆材料
• 1.1.3 磁记录介质材料
• 1.2 一些重要概念及性质
• 1.2.1 磁性材料宏观行为的能量表述
• 1.2.2 磁畴、矫顽力及磁滞现象
• 1.2.3 晶粒尺寸效应和有效各向异性
• 1.3 本论文的选题和研究内容
• 参考文献
• 第二章 交换偏置效应
• 2.1 引言
• 2.2 交换偏置的唯象方法
• 2.2.1 Meiklejohn-Bean 模型
• 2.2.2 Mauri 模型
• 2.2.3 随机场模型
• 2.3 交换偏置的微观方法
• 2.3.1 Ising 模型
• 2.3.2 Ising 模型的计算方法
• 参考文献
• 第三章 交换偏置系统中的交换各向异性
• 3.1 引言
• 3.2 基本模型和理论结果
• 3.3 结果和讨论
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 自旋波理论
• 4.1 不受限铁磁体中的自旋波
• 4.1.1 交换相互作用的能量和有效场
• 4.1.2 色散定律
• 4.2 受限铁磁体中的自旋波
• 参考文献
• 第五章 尺寸受限磁性薄膜中的自旋波激发性质研究
• 5.1 引言
• 5.2 模型与解析结果
• 5.3 分析与讨论
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表或即将发表的论文
• 致谢