磁気トルクロス解析による強磁性/反強磁性積層膜の交換磁気異方性発現機構の解明

使用磁扭矩损失分析阐明铁磁/反铁磁堆叠薄膜中交换磁各向异性的机制

基本信息

批准号：
11750248
负责人：
角田匡清
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1999
资助国家：
日本
起止时间：
1999 至 2000
项目状态：
已结题

项目摘要

スピンバルブ型GMR薄膜に不可欠な界面物理事象の一つである、強磁性層/反強磁性層積層膜の交換磁気異方性は、その発現メカニズムが完全に理解されているとは言いがたい状況にある。1956年の現象の発見以来、定性的なモデルとして用いられてきたMeiklejohnのSingle spin model(SSM)による実験結果の説明は十分でなく、現象理解の大きな壁であった。本研究では、磁気トルクロス解析を中心として、積層膜の微細構造と交換磁気異方性との相関について詳細に検討を行い、交換磁気異方性発現のメカニズム解明を図ることを目的とした。超清浄雰囲気スパッタ法を用いて、反強磁性層厚を変化させたNi-Fe/Mn-Ir積層膜を作製し、その微細構造評価ならびに磁気トルク曲線の印加磁界に対する変化を測定した。X線回折法による構造解析の結果、積層膜構造が設計通りによく制御されていることが判った。積層膜断面像および平面像の電子顕微鏡観察結果からは、積層膜が多結晶構造を有し、膜面に対して強く(111)配向し、膜面内に対してはランダムな配向を有するシートテクスチャであることが判った。磁気トルク曲線の測定結果と、SSMによる計算結果とは、定性的に良く一致するものの、反強磁性層厚が臨界膜厚以下の場合には、高印加磁界下において、回転ヒステリシス損失が、印加磁界依存性を持たず、計算結果との不一致を示した。これは、SSMで仮定している反強磁性層膜全体にわたるマクロな一軸磁気異方性に起因しており、反強磁性粒子の結晶磁気異方性が膜面内にランダムな方向を向いて分散している状態を取り入れたSingle spin ensemble model(SSEM)によって説明が可能であることを明らかとした。SSEMに従えば、磁界中冷却による交換磁気異方性の可逆的方向制御のメカニズムが、薄膜微細構造の変化を伴わずに説明可能であり、経験的に良く知られた実験事実と相容れることが明らかとなった。

铁磁层/抗铁磁层层压板的交换磁各向异性是旋转阀GMR薄膜所必需的界面物理事件之一，在这种情况下很难说表达机理已完全理解。自1956年发现该现象以来，自1956年发现该现象以来，使用MeikleJohn的单个自旋模型（SSM）对实验结果的解释已被用作定性模型，并且它一直是理解现象的主要替代品。这项研究的重点是磁性扭矩交叉分析，旨在详细研究层压膜的精细结构与交换磁各向异性之间的相关性，并阐明交换磁各向异性的机制。使用超干净的大气溅射方法，制备了具有抗铁磁层厚度的变化的Ni-Fe/Mn-Ir层压膜，并测量了磁性扭矩曲线的微观结构评估，并测量了所施加的磁场的变化。使用X射线衍射方法进行结构分析的结果表明，层压膜结构受设计的良好控制。层压膜横截面图像和平面图像的电子显微镜观察结果表明，层压膜具有多晶结构，将其定向强（111），并且是薄膜表面的，并且是在膜表面内随机取向的板纹理。尽管磁性扭矩曲线的测量结果和使用SSM的计算结果良好匹配，但是当抗铁磁层的厚度低于临界膜厚度以下时，旋转滞一部分损失并不依赖于高施加的磁场下所施加的磁场，表明与计算结果的配合。这是由于SSM假设的整个抗铁磁层膜的宏单轴磁各向异性造成的，并且已经表明可以通过单个旋转集合模型（SSEM）来解释，该模型（SSEM）结合了磁性晶体的磁性晶体在抗Fyromagnetic颗粒的各向异性中，在抗Fermagnetic颗粒的随机平面中是在膜中的随机方向。根据SSEM的说法，已经揭示了可以在不改变薄膜微观结构的情况下通过冷却来解释对交换磁各向异性的可逆定向控制的机制，并且与经验上已知的众所周知的实验事实兼容。