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《燕山大学》 2011年
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Co/Pt(Pd)多层膜的磁耦合研究

李磊  
【摘要】:采用具有垂直磁各向异性的Co/Pt(Pd)多层膜,是解决磁电阻器件小型化,提高器件性能稳定性和可靠性的有效途径。而磁性多层膜中磁耦合和磁矩取向的控制是建立在巨磁电阻、隧穿磁电阻等效应基础上的磁电阻器件得以实现的关键。目前,在Co/Pt(Pd)多层膜中,Co层之间的耦合通常表现为铁磁耦合,难以独立控制各Co层的磁矩取向,严重限制了它们在磁电阻器件中的应用。因此,研究Co/Pt(Pd)多层膜中Co层间的磁耦合、静磁相互作用以及它们对Co层磁矩翻转行为的影响对于提高磁电阻器件稳定性、扩展Co/Pt(Pd)多层膜的应用范围具有重要意义。 论文采用Co/Pt(Pd)多层膜结构调整、超薄CoO和NiO反铁磁层取代Pt保护层、制备MgO为夹层的磁性多层膜等途径,探究独立控制Co层间磁耦合、Co层磁矩取向的新方法,为Co/Pt(Pd)多层膜在磁电阻器件中的应用奠定基础。 对Co/Pd多层膜的研究中发现,Co/Pd样品暴露在大气环境中,饱和磁化强度和矫顽力随着时间显著降低,呈现经时效应。这种经时效应与Co层厚度和[Co/Pd]n多层膜的周期层数n紧密相关。实验结果证实这种经时效应与Pd保护层在空气中的气体吸附有关,很可能是氢气穿透Pd保护层与Co层发生反应引起的。 通过增加中间隔离层Pd层的厚度,降低Co/Pd多层膜的周期层数,在Co层为3 A的Pd/Co/Pd(54 A)/Co/Pd多层膜中发现反铁磁耦合;当Co层厚度增加时,初始态下两Co层之间是铁磁耦合,随着时间变化,耦合类型转变为反铁磁耦合,耦合强度随时间减小,这归因于经时效应造成饱和磁化强度降低,导致铁磁层磁矩减弱。应用同样的方法,在Pt/Co/Pt/Co/Pt多层膜中发现,改变中间Pt层的厚度,Co层之间的磁耦合在铁磁耦合与反铁磁耦合之间振荡,振荡周期为2 A。 使用超薄CoO和NiO覆盖层代替Pt保护层后, Co/Pt多层膜的磁耦合由铁磁耦合变为反铁磁耦合。通过调整CoO覆盖层的厚度,可以实现对Co/Pt多层膜中Co层的磁耦合调控,独立控制各Co层的磁矩取向。将Pt/Co/Pt/Co/CoO多层膜在1000 Oe的垂直磁场中冷却至5K,发现低温磁滞廻线和磁电阻廻线的升降场分支并不对称,两Co层磁矩的翻转顺序也随温度变化,这些都与覆盖层CoO颗粒的粒径分布不均和CoO自旋反铁磁有序的热力学不稳定性有关。对样品交换偏置效应的研究发现,CoO覆盖层为20 A时的截止温度在220K,而且在没有与反铁磁CoO覆盖层接触的底层Co中也出现了间接的交换偏置效应。 采用Pt/Co多层膜为铁磁层,MgO为绝缘夹层,制备了具有不同氧化镁厚度和不同硬磁层厚度的三明治结构的磁性多层膜。改变绝缘层MgO的厚度,磁性多层膜中的耦合类型发生改变。在氧化镁厚度大于12 A时,软磁层和硬磁层之间为反铁磁耦合;氧化镁厚度小于12 A时,耦合类型转变为铁磁耦合,这是由于“桔皮”耦合产生的静磁相互作用增强引起的。实验观察到温度能够引起多层膜耦合类型的改变,研究表明这与铁磁层磁化强度随温度的变化有关。
【学位授予单位】:燕山大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:O484.43

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