硬磁_软磁多层膜的成核场_磁滞回线_磁相图和临界厚度.pdfVIP

中国科学: 物理学 力学 天文学 2012 年 第42 卷 第7 期: 667–676 SCIENTIA SINICA Physica, Mechanica Astronomica SCIENCE CHINA PRESS 磁性多功能材料专题 硬磁/软磁多层膜的成核场、磁滞回线、磁相图和临 界厚度 ①②* ① ① ① ① 赵国平 , 郭乃理 , 夏静 , 丁浩峰 , 常景 ① 四川师范大学物理与电子工程学院, 成都 610068; ② 电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室, 成都 610054 *联系人, E-mail: zhaogp@; zapple2004@ 收稿日期: 2012-04-26; 接受日期: 2012-05-08; 网络出版日期: 2012-06-19 国家自然科学基金资助项目(批准号: 摘要 本文通过微磁学方法, 较为系统地研究了不同组合的硬磁/ 软磁多层膜的磁矩分布和磁滞回线, 并给出了成核场以及成核场和钉扎场分离的软磁相厚度(临界厚度) 的解析公式. 研究发现, 当软磁相厚 度 Ls 较小时, 钉扎场与成核场一致, 磁滞回线为矩形, 对应的磁相为刚性磁体; 随着Ls 增大, 钉扎场与 成核场发生分离, 磁滞回线在第二象限开始发生倾斜, 磁相由刚性磁体变为交换弹簧磁体; 随着软磁相 厚度进一步增大, 硬磁相和软磁相的磁矩反转相对独立, 磁相由交换弹簧磁体变为退耦合磁体. 解析推 导表明, 临界厚度和硬磁相的磁晶各向异性的平方根成反比, 这一点与Kneller 的估算公式一致. 根据临 界厚度的解析公式, 我们计算了不同材料的临界厚度, 并与实验值和 Kneller 等人的估算值进行了比较, 探讨了差别产生的原因. 关键词 微磁学, 硬软磁多层膜, 磁滞回线, 磁相图, 临界厚度 PACS: 75.60.JK, 75.10.Hk, 75.50.Bb, 75.70.Cn doi: 10.1360/132012-258 [1] [6,7,13] 交换弹簧由Kneller 等人 在 1991 年提出, 它结 为, 因此, 该现象在文献中被称为交换弹簧现象 . 合了硬磁相高矫顽力和软磁相高剩磁的优点, 具有 磁性交换弹簧的一个主要用途是制造高性能的永磁 很大的磁能积, 具备垂直交换耦合、磁电阻、磁致伸 材料, 该领域的计算以 Brown[14]提出的微磁学为主. 缩等诸多效应, 是目前国内外磁性物理和磁性材料 1993 年 Skomski 和 Coey[2]通过微磁学计算指出: 取 [2– 12] 研究的一个热点 . 向排列的纳米多层膜复合磁体的理论磁能积可达到1 3 典型的硬磁/软磁组成的交换弹簧在硬磁相和软 MJ/m , 它要比目前磁性能最好的烧结 Nd-Fe-B 磁体 磁相之间存在着很强的铁磁交换耦合, 并且在退磁 的磁能积高一倍, 而目前所报道的该材料的磁能积 场小于交换耦合临界场时磁化转动呈可逆的弹性行 最大值还远远低于理论值. 这一现象在文献中被称