NiFe/非磁金属隔离层/FeMn薄膜中的微结构及其对交换耦合的影响

采用磁控溅射方法制备了Ta/NiFe/非磁金属隔离层/FeMn多层膜, 研究了交换耦合场H_ex相对于非磁金属隔离层厚度的变化关系. 实验结果表明: 随非磁金属隔离层厚度的增加, 以Bi和Ag为隔离层的H_ex薄膜急剧下降, 以Cu为隔离层的薄膜的H_ex下降较缓慢. 对Cu而言, 它的晶体结构与NiFe层晶体结构相同且晶格常数相近, Cu层以及FeMn层都可以相继外延生长, FeMn层的(111)织构不会受到破坏, 因此, H_ex随Cu沉积厚度增加缓慢下降. 对Ag而言, 虽然它的晶体结构与NiFe层晶体结构相同, 但晶格常数相差较大, Ag层以及FeMn层都不可能外延生长, FeMn层的织构将会受到破坏, H_ex随Ag沉积厚度增加迅速下降. 对Bi而言, 不仅它的晶体结构与NiFe层的不同, 而且晶格常数相差也较大, 同样, Bi层以及FeMn层也不可能外延生长, FeMn层的织构也会受到破坏, 因此, H_ex也随Bi沉积厚度增加迅速下降. 但是, X射线光电子能谱研究表明: 极少量的表面活化原子Bi沉积在NiFe/FeMn界面时, 会上浮到FeMn层表面, 因而H_ex下降很少.     

低饱和场巨磁电阻金属多层膜Ni80Fe20／Cu的结构与磁电阻

采用磁控溅射方法，获得了具有低饱和场巨磁电阻的Ｎｉ８０Ｆｅ２０／Ｃｕ金属多层膜，在室温下，其磁电阻和层间耦合状态随Ｃｕ层厚度的增加呈振荡变化，在Ｃｕ层厚度ｔＣｕ＝１．０ｎｍ，２．２ｎｍ时磁电阻出现２个峰值分别为１９．４％和１１．７％，饱和场约为６．４×１０＾４Ａ／ｍ和８×１０＾３Ａ／ｍ低温下（７７Ｋ）磁电阻为３３．２％和２７．６％，系统地研究了ＮｉＦｅ层厚度和周期数对多层膜磁电阻的影响，用真空退火     

Ta/NiFe/Cu/NiFe/FeMn/Ta自旋阀多层膜中Cu的层间偏聚及其对磁性的影响

实验结果表明Ta/NiFe/FeMn/Ta多层膜的交换耦合场H^ex要大于Ta/NiFe/Cu/NiFe/FeMn/Ta自旋阀多层膜中的H^ex. 为了寻找其原因, 用X射线光电子能谱(XPS)研究了Ta(12 nm)/NiFe(7 nm), Ta(12 nm)/NiFe(7 nm)/Cu(4 nm)和Ta(12 nm)/NiFe(7 nm)/Cu(3 nm)/NiFe(5 nm) 3种样品, 研究结果表明前两种样品表面无任何来自下层的元素偏聚, 但在第3种样品最上层的NiFe表面上, 探测到从下层偏聚上来的Cu原子. 认为: Cu在NiFe/FeMn层间的存在是Ta/NiFe/Cu/NiFe/FeMn/Ta自旋阀多层膜的H^ex低于Ta/NiFe/FeMn/Ta多层膜H^ex的一个重要原因.     

巨磁电阻引发硬盘的高速发展 ———2007年诺贝尔物理学奖简介

2007年诺贝尔物理学奖授予巨磁电阻（Giant Magnetoresistance）效应的发现者。他们是法国物理学家阿尔贝•费尔(Albert Fert)和德国物理学家彼得•格伦贝格（Peter Grünberg）。在探索基本磁性问题（人工结构中的交换作用）过程中发现了巨磁电阻现象。随后，巨磁电阻效应和金属多层薄膜被用于读取计算机硬盘数据。近十年来的开发，使得计算机硬盘的密度和容量提高了几百倍。这个发现使人们对自旋极化电子输运过程产生特别的兴趣，并导致自旋电子学（Spintronics）的创立。     

非磁性金属隔离层Bi, Ag和Cu对多层膜性能的影响

采用磁控溅射方法制备了Ta/NiFe/Bi(Ag, Cu)/FeMn/Ta和Ta/NiFe_Ⅰ/FeMn/Bi(Ag, Cu)/NiFe_Ⅱ/Ta多层膜. 通过X射线衍射研究了薄膜样品Ta/NiFe/Bi(Ag, Cu)/FeMn/Ta的织构. 在NiFe_Ⅰ/FeMn界面沉积大量的Cu也不会影响FeMn层的(111)织构. 与此相反, 在NiFe_Ⅰ/FeMn界面沉积少量的Bi和Ag, FeMn层的织构就会受到破坏. 研究发现, 这与隔离层原子的晶体结构和晶格常数有关. 在Ta/NiFe_Ⅰ/ FeMn/Bi(Ag, Cu)/NiFe_Ⅱ/Ta多层膜中, 研究了反铁磁薄膜FeMn与铁磁薄膜NiFe_Ⅰ和NiFe_Ⅱ间的交换耦合场H_ex1和H_ex2相对于非磁金属隔离层Bi, Ag和Cu厚度的变化关系. 实验结果表明, 随着非磁金属隔离层厚度的增加, Hex1的大小基本不变, 保持在10.35～11.15 kA/m之间. 交换偏置场H_ex2随着Bi, Ag和Cu厚度的增加急剧下降并趋于平滑. 当Bi, Ag和Cu的厚度分别为0.6, 1.2和0.6 nm时, 交换偏置场Hex2下降为0.87, 0.56和0.079 kA/m. 此后, 随着隔离层厚度的增加交换偏置场H_ex2基本不变     

量子霍尔效应

在低温、强磁场下发现量子霍尔效应和分数量子霍尔效应,还是近几年的事。这些发现不仅对于基础研究,而且在应用上也都具有相当的价值。因而近年来发展极快,每年都有实质性的进展。《量子霍尔效应》一文,对此作了介绍。     

磁控溅射NiO/NiFe薄膜的磁性及XPS研究

用射频/直流磁控溅射制备了 Ta/NiO_x/Ni₈₁Fe₁₉/Ta磁性薄膜, 并利用X射线光电子能谱仪(XPS)和振动样品磁强计(VSM)研究了NiO_x不同化学状态对Ni₈₁Fe₁₉交换耦合场H_ex及该磁性薄膜的矫顽力H_c的影响以及Ni₈₁Fe₁₉界面反应. 结果表明：反应溅射中的Ar/O₂比对NiO_x中镍的化学状态有很大的影响, 当溅射气压为0.57 Pa, Ar/O₂为7:1时, 制备的NiO_x中的x@1, 镍为+2价, 相应的H_ex最大. Ar/O₂比偏离7:1时, NiO_x层中出现单质镍和+3价的镍, 相应的H_ex也下降, 单质镍的出现还会增大该磁性薄膜的矫顽力H_c. XPS的分析还表明, 在NiO/NiFe界面发生了反应:NiO+Fe=Ni+FeO和3NiO+2Fe=3 Ni+Fe₂O₃. 给出了界面上存在磁性杂质的证据, 这些磁性杂质会影响NiO/NiFe的H_ex和H_c.     

Cu的表面偏聚对NiFe/FeMn交换耦合场的影响

采有磁控溅射方法制备了分别以Ta和Ta/Cu作为缓冲层的两种NiFe/FeMn双层膜。实验发现，以Ta为缓冲层的NiFe/FeMn双层膜的交换耦合场比以Ta/Cu为缓冲层的NiFe/FeMn双层膜的交换耦合场大。测量了这两种双层膜的织构、表面粗糙度和表面成分。结果表明以Ta/Cu为缓冲层时，Cu在NiFe层的表面偏聚是造成的NiFe/FeMn双层膜交换耦合场降低的重要原因。     

Fe-N/TiN多层膜中的层间耦合振荡

在磁性多层膜中,层间耦合现象具有重要的理论意义,人们做了大量的研究。1986年,在Fe/Cr/Fe(001)3层结构中首次观察到Fe层之间的反铁磁耦合。与此同时,在Gd/Y超晶格中,发现了Gd层之间的铁磁耦合和反铁磁耦合振荡现象。现在证明,层间耦合振荡在磁性多层膜中是一种较普遍的现象。在以Fe,Co,Ni及其合金作为铁磁层,Cu,Ag和Au以及很多3d,4d和5d金属作间隔层的多层膜体系中,都观察到了这种现象。有关Fe-N磁性多层膜的报道很少,本文首次报道以TiN作间隔层的Fe-N/TiN多层膜中,随TiN层厚度变化Fe-N层之间出现的铁磁、反铁磁耦合振荡现象。     

NiMn薄膜的无序有序转变

研究了Si/Ta/NiMn/Al和Si/Ta/NiFe/NiMn/Al多层膜中NiMn薄膜经300 oC 5 h不同次数循环退火后的有序化情况.X射线衍射定量计算结果表明,高温循环退火能极大地促进NiMn薄膜的有序化.NiMn薄膜中有序相的含量随退火循环数的增加而持续增加.但含NiFe层的膜有序化过程要比无NiFe层时缓慢.显然,NiFe对NiMn的有序化有阻碍作用.