铁磁体和反铁磁体的异质结构

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铁磁体和反铁磁体的异质结构

对铁磁体和非磁性衬底之间界面的研究表明，与铁磁性衬底的相互作用可能在衬底中诱导长程铁磁有序，而其本身并不显示铁磁有序。感应磁化强度可以与铁磁体的磁化强度平行或反平行，这取决于交换相互作用的符号。这可能会导致铁磁层的产生，即使是在其整体形式是反铁磁的材料，如观察到的，如超薄的Cr膜在Fe上。在这种情况下，衬底中的长程顺序——无论是反铁磁体还是非磁性金属——是由与铁磁性衬底的相互作用决定的，并且可以预期它会显示出同样的温度依赖性。事实上，Mn对Ni的这种感应磁序的温度依赖性被研究了，发现与衬底的相同。当然，随着反铁磁层厚度的增加，整体反铁磁态将占上风，每一层将显示自己的有序温度，接近厚层的整体有序温度。研究表明，反铁磁体的有序温度可能会受到铁磁层的存在及其磁化方向的显著影响。此外，界面处的交换相互作用可以以一种特征性的方式改变层状体系的磁性行为，这种方式被称为“交换偏置”。

交换偏置zui早是在20世纪50年代在覆盖有一氧化碳氧化层的小Co颗粒上观察到的。这些粒子的磁滞回线从相对于磁场的(逆)对称转变为相反对称;相反，迟滞回线的反转中心发生在有限场，例如样品中存在一定的偏置场，因此称为“交换偏置”。这种偏置场的发生和大小取决于样品的历史。为了产生偏置场，样品必须从高于nsamel温度(必须低于铁磁体的居里温度)的外部磁场中冷却。显然，这种现象与反铁磁体中磁矩的发生有关，这些磁矩通过交换与铁磁体的磁矩相互作用。

交换偏置对于利用磁电阻效应和自旋相关输运的器件起着重要作用。在这种装置中，要求其中一个磁层在某一方向上具有增加的矫顽力场，这可以通过交换偏置来实现。另一个例子，铁磁性纳米颗粒与反铁磁性材料的耦合，甚至被认为是在有限温度下稳定磁序的一种手段。为了充分利用反铁磁/铁磁界面在器件结构中的优势，人们需要了解控制这些界面磁相互作用的潜在机制。

用界面处反铁磁体的磁矩来描述交换偏置，它通过典型的交换耦合与铁磁矩相互作用，产生的偏置场比实验观察到的高一到两个数量级。在zui简单的模型中，人们假设所谓的非补偿反铁磁表面，即反铁磁表面平面的原子力矩加起来等于一个不消失的净力矩的表面方向。反铁磁体表层的有限磁化强度与沉积在这种表面上的铁磁体相互作用。铁磁体的磁化强度将与反铁磁体的表面磁化强度平行或相反，这取决于交换相互作用的符号。然而，不难看出为什么这个简单的图是不充分的，因为它没有考虑到反铁磁体表面的任何单原子步骤都会改变表面磁化的方向，这将加强铁磁体中畴的形成，或者有利于其他一些非均匀状态。此外，在所谓的补偿界面中，也观察到交换偏置，其中反铁磁体预计不会有净力矩。这不能用这么简单的图画来解释。

这些方面说明反铁磁体和铁磁体之间的相互作用是相当复杂的。因此，对这些异质系统中的磁畴的研究为其行为建模提供了重要的输入。对比的类型——反铁磁畴或铁磁畴——取决于选择光的偏振和由选择的吸收边缘或光谱特征用于成像。层分辨信息允许人们在层状反铁磁/铁磁系统中关联反铁磁和铁磁畴的发生，并得出层间相互作用的结论。

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