 |
XI. Магнетизм низкоразмерных структур. Магнитные многослойные системы
|
|
|
|
Интерес к магнитным многослойным структурам мотивируется их многочисленными применениями как уже реализованными, так и перспективными в области магнито- и спин-электроники. Например, высокочувствительные сенсоры магнитных полей, устройства магнитной записи и хранения информации и т.д. Большой интерес проявляется к исследованиям фазовых переходов, спиновой структуры, масштабирования (качественного изменения свойств), эффектов близкодействия (proximity) при уменьшении размерности материалов.
Так же как и тонкие пленки, многослойные структуры получают магнетронным распылением, электронно-лучевой эпитаксией, и другими методами осаждения тонких пленок. Двух- и многослойные магнитные структуры состоят из чередующихся слоев с различными магнитными свойствами. Особо важными являются 3 свойства таких структур: обменное смещение, антиферромагнитная связь и гигантское магнетосопротивление.
Обменное смещение (exchange bias).
Эффект обменного смещения возникает в бинарной системе, состоящей из ферромагнитного (Ф) на антиферромагнитного (АФ) слоев. Эффект был открыт в 1956 г. Мейкледжоном и Бином [1] в системе Со/СоО. Эффект проявляется в смещении петли гистерезиса из симметричного положения относительно Н=0 в сторону больших или меньших Н, на величину HEB=(H1+H2)/2, рис. 11.1. В системе Ф/АФ с общим интерфейсом, при температуре больше температуры Нееля (TN) антиферромагнетика, но меньше температуры Кюри (ТС) ферромагнетика, АФ-слой находится в магнитно-разупорядоченном состоянии, а Ф-слой - в упорядоченном (рис.11.2а). При уменьшении температуры ниже ТN в присутствии поля Hfc АФ упорядочивается, рис. 11.2b, и обменная связь через Ф/АФ-интерфейс обеспечивает эффективное однонаправленное магнитное поле. Это магнитное поле смещает петлю гистерезиса, как показано на рис. 10.2с,d,e.
|
|
|
Эффект обменного смещения используется в устройствах спинтроники, таких как спин-диоды и считывающие головки магнитной памяти, работа которых базируется на эффекте гигантского магнитного сопротивления [2].
 |
Антиферромагнитная связь. В 80-х годах было установлено, что в многослойных структурах типа ФМ/НМ/ФМ может наблюдаться антиферромагнитная связь между двумя ФМ-слоями, разделенными немагнитным слоем. Так магнитные моменты в соседних Fe-слоях в многослойной структуре Fe/Cr/Fe с ориентацией (100) ориентируются антипараллельно, когда толщина слоев Cr составляет около 9 Å [4=Gru86]. Антипараллельной ориентации магнитных моментов обнаружена в работе [9] по особенностям в спектрах лазерного излучения, рассеянного на спиновых волнах, а также по необычной форме петли гистерезиса, измеренной с помощью эффекта Керра. Схема эксперимента изображена ни рис. 11.3а, а зависимость сигнала Керр-эффекта от величины внешнего поля, ориентированного в плоскости пленки (100) вдоль ОЛН – на рис. 11.3б. Параллельной ориентации магнитных моментов в Fe-слоях соответствует максимальный сигнал, что и наблюдается при достаточно сильном внешнем поле. Однако, при промежуточных или малых полях (но вполне достаточных для намагничения одиночной Fe-пленки до насыщения) происходит компенсация магнитных моментов и, соответственно, резкое ослабление сигнала. Это свидетельствует об антипараллельной ориентации магнитных моментов в Fe-слоях, разделенных немагнитным материалом (Cr).
 |  |
| 11.3. Наблюдение антиферромагнитной связи методом эффекта Керра: а) схема эксперимента, б) зависимость сигнала Керр-эффекта от внешнего поля [9]. |
|
|
|
|
|
|
