La0.67Ca0.33MnO3/SrMnO3和[Pd/Co]n/NiO/Co磁性薄膜中的交换耦合

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本文采用脉冲激光沉积制备了外延的La0.67Ca0.33MnO3(LCMO)/SrMnO3(SMO)双层薄膜和多层薄膜,利用磁控溅射方法制备了反铁磁/铁磁的NiO/Co、铁磁/反铁磁/铁磁的[Pd/Co(tCo)]n/NiO/Co多层膜。利用X-射线衍射和透射电镜等手段研究了薄膜样品的晶体结构,利用超导量子干涉仪测量薄膜样品的磁性能。  LCMO/SMO双层薄膜样品经过场冷至低温(10K)下,获得了约为209 Oe的交换偏置场,并且交换偏置场随着温度的升高而降低,在90K消失。实验观测到了少量的磁化在LCMO的顺磁区。通过界面交换耦合作用,界面处Mn3+-Mn4+的铁磁双交换作用与Mn3+-Mn3+的反铁磁超交换作用的竞争导致了局域反铁磁(AFM)/铁磁(FM)团簇的出现。双层膜的磁弛豫过程满足双指数的形式。由于界面反铁磁/铁磁团簇与铁磁层LCMO之间强烈的交换耦合作用,实验观测到了一个相对缓慢的指数形式的弛豫过程。在居里温度以上界面处局域AFM/FM团簇中的短程高温铁磁有序的Mn3+和Mn4+磁矩产生的磁性区域,随着温度的降低,其钉扎LCMO层,导致了LCMO/SMO双层膜中的交换偏置效应。  由于LCMO/SMO界面处磁有序的竞争,在高质量外延的LCMO和G型反铁磁SMO多层薄膜中观测到团簇玻璃态。并且由于Sr2+和Ca2+离子半径的不同使LCMO/SMO界面的局域键环境发生了变化,Ca2+离子能被Sr2+离子部分替代在界面处形成具有大的铁磁双交换作用的高温磁有序相,这种高温的Mn3+-Mn4+铁磁双交换作用使多层膜在LCMO的顺磁温区存在着少量的磁化。虽然G型反铁磁SMO层拥有一个补偿界面,多层膜样品经过场冷至10K,交换偏置效应仍然存在于多层膜中,获得了约为123 Oe的交换偏置场。多层膜中交换偏置效应的产生不是反铁磁SMO界面未补偿自旋的钉扎作用而是由于界面处Mn3+-Mn4+双交换作用和Mn3+-Mn3+超交换作用的竞争而产生的团簇玻璃态对铁磁LCMO层磁矩的钉扎。  在[Pd/Co(tCo)]n/NiO/Co薄膜体系中,随着Co厚度的降低和周期层数的增加,[Pd/Co]n层的易轴由面内翻转到垂直膜面的方向。在不同[Pd/Co]n各向异性的[Pd/Co]n/NiO/Co多层膜中,两铁磁层之间通过中间NiO层产生铁磁耦合或非共线耦合作用。两铁磁层的耦合方式强烈的依赖于[Pd/Co]n层各向异性的方向和强度。[Pd/Co(1)]2/NiO/Co多层膜在平行膜面的剩磁态下冷却至低温,获得了一个高达724Oe的负向交换偏置场,并且交换偏置场随着温度的升高而降低,与NiO/Co双层膜平行膜面的交换偏置场消失在相同的截止温度(90 K)。在[Pd/Co(0.3)]7/NiO/Co多层膜中,[Pd/Co]层具有垂直于膜面的各向异性,而由于与[Pd/Co]层之间的非共线耦合,Co层的易轴向垂直于膜面的方向倾斜与膜面存在一定的角度,平行和垂直膜面的交换偏置场消失在相同的截止温度,增加到210K,高于NiO/Co双层膜平行膜面的交换偏置场的截止温度。
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