室温交换偏置效应的研究进展

交换偏置效应是指材料在外加磁场或不加磁场冷却后,磁滞回线沿磁场轴发生偏移的现象.它已成为研究信息存储技术的重要理论基础,在诸如磁传感器、磁存储读头以及磁自旋阀等电子器件中有着不可或缺的作用.因此,近年来引起了研究者极大的关注和研究.交换偏置效应广泛存在于纳米核壳结构的颗粒,多层膜体系以及块状合金中.但是,目前研究的具有交换偏置效应的绝大多数材料体系都在低温下(T≤50 K)才可以出现交换偏置效应,从而在很大程度上限制了交换偏置效应在实际中的应用.经过多年的探索和研究,在部分薄膜体系、纳米核壳结构和近补偿的亚铁磁体系得到了室温交换偏置效应.本文将对近年来室温下的交换偏置效应研究进行详细的整理和总结,分析了现阶段室温交换偏置效应研究中存在的问题及面临的挑战,希望能为室温交换偏置效应体系的研究提供参考.     

界面掺杂FeMn对CoFe/CrPt交换偏置体系的影响

采用磁控溅射的方法制备了CoFe/CrPt钉扎的交换偏置体系,用外加磁场真空退火以获得钉扎场.通过把反铁磁的FeMn掺入到该钉扎体系中发现,约0.7nm厚度的FeMn掺入在CoFe/CrPt的界面时,可以使体系的钉扎场从原来的5.6×103A/m增加到1.55×104A/m,而体系的Blocking温度仍然可以达到600℃.     

Pt/(Pt/Co)n/FeMn/Pt多层膜中Pt插层对交换偏置场的影响

在具有垂直磁各向异性Pt／（Pt／Co）n／FeMn／Pt多层膜中的Co／FeMn界面插入极薄的Pt层时，其交换偏置场有明显提高。研究结果表明：由于在Co／FeMn界面存在界面反应，破坏了（Pt／Co）n多层膜中靠近FeMn层的Co层的垂直磁各向异性，导致垂直交换偏置场Hex减弱。当在（Pt/Co）n与FeMn界面之间插入Pt层时可以有效地阻止这一反应发生，从而提高了多层膜的垂直交换偏置场Hex。     

Mn成分对CoFe/Pt_(50)(Cr_(100-x)Mn_x)_(50)体系交换偏置的影响

采用直流磁控溅射的方法制备了CoFe/Pt-CrMn交换偏置体系,反铁磁的Pt-CrMn是利用[Pt/CrMn]n多层膜并经过300℃、2h的退火获得。通过调整Mn的成分,系统地研究了体系交换偏置场的变化。获得了钉扎性能良好的L10相反铁磁钉扎材料Pt-CrMn,即CoFe/Pt50(Cr88Mn12)50钉扎体系,其界面交换耦合能为0.22×10-7J/cm2,截止温度(blocking temperature)为480℃。     

NiO/CoFe双层膜的交换机制研究

通过改变制备NiO薄膜的氩气压和衬底材料,研究了NiO的结构、表面粗糙度对NiO/CoFe双层膜交换耦合场Hex的影响.实验表明完全自旋未补偿面与交换耦合场的产生没有直接联系,但交换耦合场Hex与界面状况密切相关.增大NiO的表面粗糙度会使交换耦合场Hex减小.应用随机场理论在考虑了实际界面存在的粗造度、杂质和缺陷等实际情况下,正确地预测了交换耦合场的数量级,而且对交换耦合场与铁磁层厚度tFM、反铁磁层厚度tAFM以及交换耦合场的温度特性等实验结果做出了合理解释.并应用随机场模型对反铁磁/铁磁双层膜中铁磁层矫顽力Hc与铁磁层厚度tFM的关系进行了定量计算,发现矫顽力Hc与铁磁层厚度1/tFM成正比,这一结果表明理论计算与我们的实验数据符合得很好.     

磁性薄膜材料中的交换耦合

介绍了在磁性薄膜材料中的交换耦合的研究进展。制备了铁磁/反铁磁/铁磁3层结构不同成分的薄膜。利用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等测试分析技术,系统研究了磁性多层薄膜的相组成、界面及微观结构等。利用超导量子干涉仪(SQUID)研究薄膜的磁、电性能和交换耦合。在Co/反铁磁/Fe结构中发现了非常明显的与温度相关的铁磁/反铁磁界面耦合与铁磁/铁磁层间耦合之间的竞争效应。含有不同铁磁层Fe、Co、Fe20Ni80的3层膜FM1/Cr2O3/FM2对交换耦合随温度的变化存在较强的影响,发现铁磁层的磁晶各向异性和跟Cr2O3接触的自旋非对称性反射系数体系的界面和层间耦合有很大的影响。铁磁层对FM/AFM的交换耦合强度的影响甚大,这种影响和铁磁层的各向异性的相关性要强于和铁磁层饱和磁化强度的相关性。通过面内预加场和场冷的方式,在易轴互相垂直的[Pt/Co]n/NiFe/NiO异质结中实现了交换偏置的4种状态,可等温调控偏置。研究了Co/NiO反点阵列和连续膜的交换偏置,与连续膜相比,纳米反点阵列既能增大偏置,也能减小偏置,具有更高的热稳定性。     

织构和界面粗糙度对NiFe/FeMn双层膜交换偏置场的影响

采用磁控溅射方法制备NiFe/FeMn双层膜（分别以Ta、Cu作为缓冲层，Ta作为保护层）。实验发现，以Ta为缓冲层的NiFe/FeMn双层膜的交换偏置场比以Cu为缓冲层的NiFe/FeMn双层膜的交换偏置场大，而矫顽力却很小。我们从织构、界面粗糙度两方面对其中的原因进行了分析。以Ta为缓冲层的NiFe/FeMn双层膜有好的织构且NiFe/FeMn界面较平滑，这引起了较强的交换偏置场和较低的矫顽力。     

基于NiMn的铁磁/反铁磁系统中交换偏置研究进展

NiMn合金薄膜作为一种高性能的反铁磁材料在巨磁电阻器件中具有重要的应用前景,引起了物理学及材料学等领域广大科研工作者的浓厚兴趣。综述了NiMn合金薄膜的基本性质,并对NiMn基铁磁/反铁磁双层膜的交换偏置的基本特征进行了分析。     

NiO/FeCo磁性多层膜的高频磁性

制备了一系列具有铁磁/反铁磁交换偏置作用的[NiO/Fe65Co35]10多层膜,使用振动样品磁强计(VSM)测量了样品的静磁参数,利用微带线法测量了样品4GHz-10GHz的磁谱,首次制备并测得了自然共振频率(fr)在6GHz以上,最高到fr=9.6GHz的薄膜样品。结果表明交换偏置场(Hex)、各向异性场(Hua)、以及矫顽力(Hc)随铁磁层厚度(tFM)增大而减小;基于Landau-Lifishitz(L-L)方程对静磁参量和磁谱进行了比较,发现样品自然共振频率较L-L方程计算值偏大30%以上。     

氧化物反铁磁Cr2O3薄膜的研究进展

氧化物反铁磁Cr2O3薄膜在自旋电子学器件中有着广泛的应用.重点论述了反铁磁Cr2O3的早期基础性研究,以及反铁磁Cr2O3薄膜在交换偏置和磁电效应方面的研究进展.最后指出了氧化物反铁磁Cr2O3薄膜研究中存在的部分问题,并展望了它的发展前景.     

Effect of Exchange Bias on Magnetic Anisotropies in Fe/CoO Bilayers

We report on the structural and magnetic properties of exchange-biased Fe/CoO bilayers grown on MgO (001) substrates by using rf-sputtering. For varying Fe thicknesses (4 nm, 10 nm, and 20 nm) the ferromagnetic resonance (FMR) spectra of bilayers have been studied as a function of temperature at X-band frequency. The resonance lines of FMR spectra have a relatively small linewidth indicating a high crystallinity of the Fe films. The room-temperature FMR data also show that the easy axis of Fe is in the film plane and parallel to the [110] crystallographic direction of MgO substrate. In addition, M versus H loops were recorded at selected temperatures by using VSM magnetometry. The VSM measurements indicate that the Fe thickness and temperature dependence of exchange-bias properties are in good agreement with the previous results on similar systems. However, the blocking temperature of the exchange-biased system is strongly reduced compared to the bulk values. This reduction in the blocking temperature is explained by both the thickness and superstoichiometric structure of antiferromagnetic CoO layer.     

热疗用磁性材料研究进展

在介绍热疗用磁性材料研究概况的基础上,对其研究进展进行了详细综述,重点介绍了Fe3O4和γ-Fe2O3两类材料的制备方法、产热能力研究以及动物实验等方面的内容,最后对热疗用磁性材料的发展前景进行了展望.     

磁制冷材料的研究进展

本文简述了磁制冷的基本原理,分析磁制冷工质的熵特性,总结了近几年磁制冷材料的最新进展,对磁制冷材料未来的发展进行了展望。     

Investigation of the Exchange Bias Effect by Quantitative Magnetic Force Microscopy

Magnetic force microscopy (MFM) measurements were performed on an exchange‐biased CoO/(Co/Pt) multilayer sample at 8.0 K. Applying an external magnetic field of up to 7.0 T saturates the ferromagnetic layer and the remaining uncompensated antiferromagnetic spins at the antiferromagnet/ferromagnet interfaces are imaged with high lateral resolution. The coupling between the uncompensated spins and the spins in the ferromagnet are found to be antiferromagnetic. In addition, a method to quantitatively analyze the MFM data is presented which allows the determination of the uncompensated spin density at the AF/FM interfaces. It was found that 7% of the spins at the interfaces are uncompensated and contribute to the exchange biasing.     

有机高分子磁性材料研究进展

有机高分子磁性材料作为一种新型的功能材料,在超高频装置、高密度存贮材料、吸波材料和微电子工业等需要轻质磁性材料的领域具有很好的应用前景。室温稳定且具有实用价值的有机高分子磁性材料一直是该领域研究的热点。文中概述了纯有机类,大π键体系类,电荷转移复合物类和含金属原子复合物类等有机高分子磁性材料的最新研究进展,并介绍了各类有机高分子磁性材料的磁性能特点。     

磁热效应和室温稀土磁制冷材料研究现状

室温磁制冷技术具有环保、可靠性好、效率高等优点.被认为是一种很有前景的新型制冷技术.概述了磁性材料的磁热效应概念以及磁热效应大小的表征方法,详细介绍了目前Gd5Si2Ge2、La(Fesi)13、RECo2及RE2Fe17等系列化合物稀土磁制冷材料的研究现状,并简要对比和评价了不同材料的相关性能,展望了室温稀土磁制冷材料的发展前景.     

磁性传感材料与器件研究进展

磁性材料是一种既古老又新颖的功能材料,磁性材料本身具有诸多特殊性质,正是基于此类特性,磁性材料可以完成外界物理量与磁信号之间的相互转换,由此制成各种类型的磁性传感器.随着传感器向着智能化、微型化、多功能化、高灵敏度、低功耗、高可靠性发展,新型磁性传感器种类也迅速增加,应用场景愈加广阔.然而,由于人类对磁信号的探测及处理远不如电学信号成熟,磁性传感器的应用仍有诸多问题尚未解决.材料的研究者们更关注新磁学现象,而能成功应用于传感器的磁性材料除了其特有的磁敏特性外,还应根据其具体应用场景提高它的其他物理性能,而传感器的研究者们在解决传感器微型化、高灵敏度等问题时并不会优先从材料角度考虑问题,导致某一类磁性材料从发现到其成熟应用于传感器所经历的周期过长,而很多已发现的磁性材料并未找到合适的应用场景.从材料角度而言,目前在传感器领域应用最多的是磁电阻材料,其广泛应用于位移传感器、角速度传感器、硬盘磁头、非接触电流测量等领域.其他研究较成熟的磁性材料如软磁材料、磁致伸缩材料、磁电复合材料、磁流体材料等在传感器领域也有一定的应用,如力学传感器、生物传感器、光学传感器等.为了使磁性传感器有广泛的应用,磁性材料及磁性传感器的研究者们应从应用角度出发,根据不同应用场景,提出更为全面具体的材料性能要求,以此为目标,对现有的磁性材料进行改性处理,或研发新型磁性材料,加快磁性材料及磁性传感器领域的发展.本文综述了多种磁性材料(包括磁电阻材料、高磁导率软磁材料、巨磁阻抗材料、磁致伸缩材料、磁光材料、磁电复合材料、磁流体材料等)在磁场探测、光学传感、力学传感、生物传感、电流传感等方面的应用以及研究进展,并从应用的角度出发,展望了未来磁性材料及磁性传感器的发展前景,以期为新型磁性传感器的制造及应用提供参考.     

中温质子交换膜电解质材料的研究进展

采用模板技术通过直接掺杂的方式合成了稀土元素Ce掺杂的锐钛矿型纳米介孔TiO2。在500W高压汞灯照射下,研究了低浓度有机磷农药敌敌畏、氧化乐果的光催化降解,研究结果表明,该催化剂具有很高的光催化活性和稳定性,且能够重复使用。对催化剂的N2·吸附、XRD、UV-Vis、FT-IR表征结果表明,该材料为高度有序、高比表面...     

静电纺丝法制备磁性纳米纤维材料的研究进展

磁性纳米纤维材料不但具有普通纳米粒子的特殊效应,而且具有独特的形状各向异性和磁晶各向异性效应,在高密度磁记录、电磁波吸收、催化剂、医学和生物功能材料等领域具有重要应用。静电纺丝技术已被证明是一种制备纳米纤维最简单有效的方法。结合最新文献,重点阐述了以静电纺丝技术为主的磁性纳米纤维制备工艺以及不同工艺对磁性纳米纤维的形貌和性能的影响。简要介绍了磁性纳米纤维的应用,指出了发展新型结构可控磁性纳米纤维材料、研究其定向排布及组装技术、开发其在各领域的实际应用是未来主要的研究方向。