倾斜溅射对Fe/IrMn外延交换偏置异质结磁化翻转的影响研究

• 作 者: 王逸凡
• 出 处: 华东师范大学
• 发表日期: 2020年10期
• 关键词: 交换偏置效应 磁各向异性 磁化翻转 倾斜溅射 电场调控

交换偏置效应是指由铁磁层和反铁磁层界面交换耦合作用导致磁滞回线偏离磁场零点的现象。近几十年来,交换偏置效应广泛应用在基于自旋阀、磁隧道结等薄膜结构的磁传感与磁存储等磁电子器件领域。以往对于交换偏置效应的研究,铁磁层与反铁磁层大多以多晶形式存在,外延交换偏置异质结由于实验制备困难从而被关注得较少。理论研究上,为了便于模拟和计算交换偏置及其相关效应,都会假设铁磁/反铁磁界面磁矩排列整齐,界面清晰,没有晶界。外延交换偏置体系由于其锐利的铁磁/反铁磁界面以及有序的界面原子和磁矩的排列,被认为是研究交换偏置效应的理想体系。对于外延交换偏置铁磁/反铁磁双层膜,单晶外延铁磁薄膜具有本征的磁晶各向异性,铁磁/反铁磁界面交换耦合作用给铁磁层额外施加了一个单向磁各向异性及其诱导的单轴磁各向异性,这几种磁各向异性共同决定了铁磁层的磁化翻转过程与反磁化机制。外延交换偏置异质结的反磁化机制通常可以用两步连续或分立的90°畴壁形核模型进行很好地解释。本论文工作中,我们在MgO（001）单晶衬底上外延生长了Fe/IrMn交换偏置双层膜,分别以0°、35°、50°等三个角度倾斜溅射生长了Fe（5 nm）/IrMn（10 nm）样品,并固定倾斜溅射角为50°生长了Fe层厚度分别为5、10、20 nm的Fe/IrMn（10 nm）样品。由于倾斜溅射导致的自遮蔽效应,在Fe层产生了一个显著的单轴磁各向异性。对于倾斜溅射角50°的样品,我们在不同外磁场方向上,观察到矩形磁滞回线、非对称磁滞回线、两步台阶磁滞回线,利用两步连续或分立的90°畴壁形核模型可以很好地解释不同磁场方向下的复杂磁化翻转过程。Fe₈₁Ga₁₉（FeGa）具有与Fe类似的体心立方晶体结构及相近的晶格常数,在低场下具有较大的磁致伸缩系数。我们在Fe/IrMn外延交换偏置异质结的工作基础上,进一步在铁电PMN-PT（001）单晶衬底上外延生长的FeGa薄膜与FeGa/IrMn交换偏置异质结,研究了外加电场对外延磁性薄膜与交换偏置异质结磁化翻转过程的调控规律。在电场作用下,利用PMN-PT衬底的逆压电效应产生的应变实现了对FeGa磁性层磁化方向的非易失性调控。