低溫下Ni-Fe-Cu（001）外延超薄膜的磁性.pdf

1、磁性金屬超薄膜近年來已成為磁學(xué)研究領(lǐng)域的一個(gè)熱門課題.出于實(shí)際應(yīng)用和理論研究方面的考慮,磁性金屬超薄膜的磁各向異性被進(jìn)行了深入的研究,在理論上和實(shí)驗(yàn)上都取得了一定的成果.磁性超薄膜中的易磁化軸的取向,是超薄膜中磁各向異性的宏觀反映,超薄膜中易磁化軸取向的改變,被稱為自旋重取向.研究超薄膜中自旋重取向的過程,對(duì)于了解超薄膜的磁各向異性有著重要的意義.我們利用原位的表面磁光克爾效應(yīng)(SMOKE),研究了低溫下(110K)Ni/Fe/Cu(0

2、01)超薄膜的磁學(xué)性質(zhì),著重研究了其自旋重取向的過程和機(jī)制,取得了初步的結(jié)果.在室溫下Cu(001)表面生長的Fe具有豐富的結(jié)構(gòu)和磁性,大致可以分為三個(gè)區(qū)域.在最初的1~4個(gè)原子層,其為鐵磁性的fct結(jié)構(gòu),易磁化軸垂直于膜面;在5~11個(gè)原子層之間,Fe的結(jié)構(gòu)為fcc,除了表面1~2層為易磁化軸垂直膜面的磁性活層外,表面以下的Fe為反鐵磁性(奈爾點(diǎn)約200K).在厚度超過11個(gè)原子層后,Fe的結(jié)構(gòu)變成了bcc結(jié)構(gòu),并且易磁化軸轉(zhuǎn)到了膜面

3、內(nèi).但是,在低溫下生長的Fe則有所不同,有報(bào)道稱5~11個(gè)原子層時(shí)Fe并沒有經(jīng)歷fcc相,直接由fct變成了bcc結(jié)構(gòu).在Cu(001)表面的生長的Ni由于受到基底的應(yīng)力作用,在前面十幾層以fct結(jié)構(gòu)存在,在磁性上呈現(xiàn)出反常的自旋重取向.在厚度較小時(shí),Ni膜的易軸平行于膜面.隨著厚度的增長,Ni的易磁化軸會(huì)轉(zhuǎn)向垂直膜面,這個(gè)重取向大約發(fā)生在7~10個(gè)原子層之間.而在37~50個(gè)原子層間,Ni的易軸又會(huì)重新回到膜面內(nèi).在不同的溫度下,Ni

4、發(fā)生自旋重取向的臨界厚度會(huì)有所不同.我們發(fā)現(xiàn),在Ni/Fe/Cu(001)超薄膜中,當(dāng)少量Ni覆蓋在Fe膜表面時(shí),由于Ni的存在改變了Fe膜的表面各向異性能,使得Fe發(fā)生了由Ni誘導(dǎo)的自旋重取向.表面氣體吸附對(duì)于Ni誘導(dǎo)的Fe的自旋重取向有顯著的影響,吸附會(huì)造成自旋重取向過程的延后.當(dāng)在Fe膜表面生長較厚的Ni時(shí),Fe的結(jié)構(gòu)可能會(huì)趨向于以fcc相存在,其磁性由自旋密度波決定.我們?cè)谝粋€(gè)楔形的Fe膜上覆蓋了9個(gè)原子層的Ni后發(fā)現(xiàn),在Fe的