層間耦合是指磁性多層材料的層與層之間的耦合作用，相鄰磁性層間有兩種耦合，即鐵磁性耦合和反鐵磁性耦合，且這兩種耦合對多層薄膜的物理性質有很大的影響。
基本介紹
- 中文名：層間耦合
- 外文名：interlayer coupling
- 一級學科：工程技術
- 二級學科：自旋電子學
- 類型：鐵磁耦合和反鐵磁耦合
- 套用：磁性多層材料
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層間耦合簡介
磁性多層材料的層間耦合問題越來越受到人們的關注。在理論和實驗上都發現：相鄰磁性層間有兩種耦合，即鐵磁性耦合和反鐵磁性耦合，且這兩種耦合對多層薄膜的物理性質有很大的影響，例如，當傳導電子在多層材料薄膜中運動時，電阻率隨耦合類型而有很大差別，從而可引起巨磁阻效應，近而利用這些特點，可製成巨磁阻磁頭，為超高密度存儲創造了條件。鐵磁性是指相鄰原子3d電子的自旋磁矩夾角為零，即磁矩彼此同向平行排列；反鐵磁性是指相鄰原子3d電子的自旋磁矩夾角為180度，即磁矩彼此反向平行排列。
鐵磁耦合
鐵磁耦合則是研究兩鐵磁性層的層間耦合。
納米磁性多層膜由於存在低維效應、層間耦合、巨磁電阻效應，因而在磁電阻感測器、磁隨機存儲器以及高靈敏度磁頭材料等方面具有重要的套用價值。自Baibich[1]等在Fe/Cr/Fe三明治結構中發現巨磁電阻效應以來，已有多種納米多層膜結構見諸報導，其中，利用2層磁性薄膜的矯頑力不同產生巨磁電阻效應的納米磁性多層膜膺自旋閥結構，因其結構簡單，不需要易腐蝕的強反鐵磁性材料，因而作為磁隨機存儲器材料得到了廣泛的研究。在贗自旋閥結構中，兩磁性層的層間耦合直接影響巨磁電阻效應，當磁性層材料與結構確定之後，中間層的厚度以及中間層與磁性層的結合狀態將直接影響兩磁性層之間的耦合效應。因此，研究贗自旋閥結構中兩磁性層之間的耦合效應隨中間層厚度的變化規律，將有助於贗自旋閥的研製。
採用洛侖茲電子顯微鏡研究了磁控濺射沉積製備的Cu/Co/Cu/Co納米多層膜磁疇結構隨鐵磁層間耦合效應的變化。Cu中間層厚度較薄時，由於鐵磁層之間的耦合作用，納米多層膜為垂直易磁化，磁疇為磁泡結構，磁泡的平均直徑隨Cu中間層厚度的增加而減小，多層膜矯頑力呈減小趨勢。當Cu中間層厚度大於3nm時，鐵磁層之間的耦合作用減弱，納米多層膜為而內易磁化，磁泡結構的磁疇消失，全部為具有波紋狀的接近180度疇壁的磁疇結構。
反鐵磁耦合
近年來，自旋閥結構納米體系由於在高密度磁記錄介質以及讀出磁頭、磁感測器等磁納米信息器件中的廣泛套用而倍受人們關注。自旋閥結構納米體系用於磁信息記錄和信息處理時，剩磁態的微磁結構和反磁化機制等磁特性直接影響磁信息器件的性能。如何獲得小的反轉場、準一致的反磁化過程、具有穩定剩磁單疇微磁結構已成為提高磁信息器件性能的關鍵問題。隨著磁信息器件的發展，磁性膜層的尺寸要求越來越小，膜層尺寸的減小，膜層兩極引起的退磁能將越來越大，導致反轉場顯著的增大。雖可以通過增大長寬比來減小反轉場，但大的長寬比易產生多疇結構誘導不穩定的反磁化過程。
因此，傳統的自旋閥結構已不利於磁信息器件的發展。人們提出了利用合成的反鐵磁耦合三層膜結構（SYAF）體系代替自旋閥結構的單層自由層。
採用微磁學方法研究了磁層間反鐵磁耦合強度對SyAF納米體系磁特性的影響。當SyAF納米體系上、下磁層間的反鐵磁耦合強度不同時，SyAF納米體系具有兩種不同類型的磁滯回線。當磁層間反鐵磁耦合強度較小時，體系的矯頑力隨反鐵磁藕合強度的增大而增大，反磁化機制為反磁化核的形成與傳播的反轉過程。而當磁層間反鐵耦合強度較大時，體系的矯頑力基本不隨反鐵磁藕合強度變化，並且在剩磁態為穩定的單疇結構，反磁化機制為類一致反轉過程。這類SyAF納米體系更適合於作為磁信息器件中自旋閥的自由層。
