柔性磁致伸缩FeGa多层膜磁性与输运性质的多场调控研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:falconlingzi
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传感器、读出磁头等磁电子器件中广泛地应用了交换偏置效应和巨磁电阻效应,交换偏置效应(Exchange bias,EB)是铁磁/反铁磁在界面处的交换耦合作用导致磁滞回线中心偏离磁场零原点的一种重要磁性现象,可以用来稳定磁性层的磁化状态。巨磁阻效应(Giant Magnetoresistance effect,GMR)是指磁性材料电阻率在有外磁场作用较之无外磁场作用时存在巨大变化的现象,被广泛应用于信息存储,以及汽车、航空、医疗等领域用来测量位置、转角、位移等。磁致伸缩材料与铁电材料复合是实现外场调控材料磁性能的重要途径,研究应力相关的多物理场对多层膜交换偏置磁性能以及GMR的调控规律,对自旋电子器件和磁电子器件的发展具有重要意义。然而传统刚性衬底对薄膜的束缚力会大大削弱材料磁电耦合作用,通过使用柔性衬底则可以有效地提高应力传递效率。本工作中,我们研究了温度场、电场对柔性FeGa/IrMn异质结交换偏置性质的调控作用,以及温度场对柔性巨磁电阻自旋阀的调控作用。  首先,利用超高真空磁控溅射,我们分别在刚性Si衬底和柔性PVDF衬底上制备了FeGa/IrMn交换偏置薄膜,并研究了温度对刚性衬底和柔性衬底上生长的交换偏置异质结性质的影响。通过对比发现,在柔性衬底上当测量温度高于薄膜沉积温度时,随着温度升高,交换偏置场Heb减小,矫顽力增大;当测量温度低于沉积温度时,温度降低对交换偏置场Heb大小影响较小,矫顽力则逐渐增大。同时,温度对于磁滞回线的矩形比也有明显地调控作用。当交换偏置钉扎方向PD平行于PVDF的d31方向时,该方向的磁滞回线矩形比随着温度的升高而增大;当PD//d32时,该方向的剩磁比则随着温度的升高逐渐减小。相比磁锻炼效应,导致电场对交换偏置的调控作用明显偏弱,只有当外磁场与交换偏置钉扎方向呈30°夹角时,才可以明显地观察到随着电场的减小,矫顽力逐渐增大。  在交换偏置异质结的基础上,我们还研究了温度引起的PVDF各向异性热膨胀对自旋阀结构巨磁电阻效应的调控作用。通过选用不同铁磁性材料作为自由层和被钉扎层,对比得到的结论是:磁性层为FeGa的自旋阀结构的GMR虽然低于磁性层为FeNi的自旋阀的GMR,但由于FeGa是一种应力敏感的大磁致伸缩材料,由温度变化引起的应力对其GMR的调控作用更明显,在230 K~290 K之间,GMR随着温度升高呈增大趋势。
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