11、多晶超薄反铁磁与铁磁薄膜的磁相互作用

多晶超薄反铁磁与铁磁薄膜的磁相互作用

1. 引言

反铁磁（AF）薄膜和铁磁（F）薄膜在界面处的相互作用会产生一系列有趣的磁效应，包括单向磁各向异性、可旋转各向异性、磁滞损耗以及铁磁薄膜矫顽力的增大。其中，单向磁各向异性会使铁磁体的磁滞回线发生偏移，这种现象被称为交换偏置（EB）效应。交换偏置效应早在很久以前就被发现，并且在过去十年中得到了广泛应用。

然而，目前对于反铁磁层的耦合能 $J_{F/AF}$ 或各向异性 $K_{AF}$ 等关键参数，以及它们随厚度和温度的变化情况，仍然缺乏足够的了解。这是因为这些特性只能通过研究反铁磁层与铁磁层的整体相互作用来探究，而铁磁层与反铁磁层之间的交换相互作用本质上是局部的。对于多晶薄膜系统，还存在以下特点：
- 反铁磁体磁化的交换刚度在反铁磁体的晶界处会急剧降低，且晶界是随机取向的。
- 相互作用由铁磁/反铁磁界面处的局部净磁矩决定，而这些净磁矩在不同晶粒之间可能会有很大差异。

为了更深入地了解铁磁/反铁磁相互作用，我们分析了极薄反铁磁厚度下多晶铁磁/反铁磁三明治结构的特性。在这个厚度范围内，可以忽略反铁磁晶粒之间的相互作用，此时反铁磁层就像一组与均匀铁磁层耦合的独立非相互作用反铁磁晶粒。假设每个反铁磁晶粒内的磁化是均匀的，那么整个系统可以描述为具有相同本征特性（各向异性）的独立反铁磁晶粒系统，由于其各自的界面结构不同，铁磁/反铁磁耦合强度 $j$ 也不同，并且存在一个耦合强度分布函数 $P(j)$。

2. 铁磁/反铁磁相互作用分析

铁磁/反铁磁相互作用由三个特性决定：反铁磁体的各向异性、界面耦合强度以及反铁磁晶粒间的相互作用。目前，还没有直接的方法来表征这些特性中的至少一个。我