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本论文研究了坡莫合金(Py)/铌(Nb)多层膜体系中超导有序与铁磁有序之间的相互作用,重点关注超导有序对铁磁有序的影响。主要研究工作包括:(1)发现在超导态超导层引起铁磁层磁矩减小的实验证据;(2)发现连续的铁磁层对相邻的超导层在低场下具有磁通钉扎作用,并提出了一个动态自旋-磁通耦合的模型;(3)通过数值模拟计算了单个磁通量子和铁磁涡旋间的相互作用。
实验发现Py/Nb的多层膜体系在经历了降温到超导态再升温至超导临界温度以上的过程后,最终磁化强度相比初始状态有约1%的降低。M(T)曲线同样证实经历超导态时,由于超导层的抗磁性引起铁磁层磁矩的改变,使得铁磁层的总磁矩变小。
通过在垂直Py/Nb多层膜面方向交流磁化率的测量,笔者得出多层膜体系的超导临界电流密度,发现在低场下其临界电流密度明显比纯超导膜大,而在高场下它们几乎相等。这表明在低场区有明显的磁通钉扎效应。笔者认为这种钉扎效应是由于磁通的运动引起铁磁层磁矩的转动而消耗能量引起的,并提出了一个动态自旋-磁通耦合模型。
笔者用数值模拟的方法研究了一个单独的磁通量子与近邻的处于涡旋状态的铁磁圆盘间的相互作用。一方面,铁磁涡旋中心垂直磁化分量与超导磁场间的相互作用在总能量中占主导地位,并与其磁化方向有关。在超导磁通产生的磁场与涡旋中心磁化方向同向的情况下,能量最小点在铁磁圆盘的中心;反之则在圆盘边缘处。另一方面,超导磁通产生的磁场也会改变铁磁层磁矩的分布。根据相对方向的不同,铁磁涡旋核的尺寸会减小或增大。