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Meiklejohn和Bean于1956年首先发现了交换各向异性现象,这个现象源于铁磁材料和反铁磁材料的相互作用,反铁磁材料的自旋电子将对铁磁材料的自旋电子施加一个力矩,这个力矩倾向于维持铁磁层的电子自旋方向处在原始的位置。铁磁/反铁磁之间的这种交换耦合作用在巨磁电阻器件中具有重要的应用,这已经引起了物理学和材料学等领域内广大科学工作者的浓厚兴趣。法国科学家阿尔贝·费尔和德国科学家彼得·格林贝格尔因分别独立发现巨磁电阻效应而共同获得2007年诺贝尔物理学奖。
实验中使用的Fe65Co35靶采用直流溅射,溅射功率为40W,其溅射速率为0.25nm·s-1,NiO靶采用射频溅射,溅射功率为40W,其溅射速率为0.035nm·s-1,溅射前背景气压低于4.0×10-5Pa,制备样品前通入氩气,气压控制在0.5Pa。通过计算机来控制样品各层的沉积时间,实现预定的样品各层厚度。实验制备了三批样品,一批是铁磁层厚度变化,反铁磁层厚度不变,周期数固定的样品;一批是反铁磁层厚度变化,铁磁层厚度和周期数固定的样品;一批是周期数变化,铁磁层厚度和反铁磁层厚度不变的样品。
本论文对纳米磁性多层膜(NiO/Fe65Co35)×Nθ的静磁特性和微波物性做了系统的研究,结果发现铁磁层和反铁磁层之间的交换耦合作用不但与铁磁层厚度和反铁磁层厚度有关,还与多层膜的周期数有关。随着铁磁层厚度的增加,交换耦合场,矫顽力和各向异性场减小;随着反铁磁层厚度的增加,在某一厚度范围内交换耦合场是逐渐增强的。实验还发现,随着周期数的增加,交换耦合场似乎有逐渐增大的趋势。通过研究样品的微波物性,我们发现,随着铁磁层厚度的增加,铁磁共振频率逐渐减小,由此我们可以通过调整铁磁层的厚度来调整交换耦合场的大小,从而实现对铁磁共振频率的调整;在某个厚度范围内,铁磁共振频率是随着反铁磁层厚度的增加逐渐增大的;周期数的变化对铁磁共振频率的影响不是那么明显,但是周期数主要影响磁信号的强弱,周期数越多,测量中的磁信号越强,得到的磁谱越清晰,周期数越少,磁信号越弱,得到的磁谱相对的会变的不够清晰。实验制备了具有最高达9.6GHz的铁磁共振频率的样品。