nimnin磁性功能薄膜的制备及其交换偏置
材料热磁稳定性会影响到基于磁性薄膜的磁电子器件或磁敏感单元的使用寿命和可靠性。本文通过借助XRD、VSM以及AFM等测试分析手段，对Ni50Mn37In13薄膜中的交换偏置及其热磁稳定性进行了研究。研究结果表明在低温下，零场冷后的Ni50Mn37In13薄膜的交换偏置效应未发现，而场冷后的表现出微弱的交换偏置效应。在对场冷后的Ni50Mn37In13薄膜进行磁练习效应、负场等待效应以及热驰豫的时候发现，其对磁练习效应不敏感，在进行负场等待效应测试的时候，随着等待时间的加长，磁滞回线的前后支取线向正场方向移动，交换偏置场减小。而在进行热驰豫的时候发现，其对温度的敏感性较大，交换偏置场以及矫顽力的值都在不断减小。关键词 磁性薄膜，交换偏置，热稳定性
目 录
1 绪论 1
1.1 交换偏置 1
1.2 新型磁性功能薄膜材料 3
1.3 本文研究的主要内容、目的和意义 4
2 薄膜样品的制备与表征 5
2.1 薄膜样品的制备 5
2.2 薄膜样品的结构表征 5
2.3 薄膜样品的磁性能表征 6
3 Ni50Mn37In13磁性薄膜中的交换偏置及其热稳定性 7
3.1 Ni50Mn37In13磁驱动形状记忆合金薄膜的制备、结构与磁性能 7
3.2 Ni50Mn37In13磁驱动形状记忆合金薄膜中的交换偏置及其热稳定性 15
结 论 18
致 谢 19
参 考 文 献 20
1 绪论
当今科学技术中，现代磁性材料得到了广泛应用，涉及到了信息化、机电一体化、自动化、国民经济、国防的各个方面，关乎着整个社会经济和国防建设的发展。对于近20年来发展起来的自旋电子学（Spintronics），更是得到了人们巨大的关注。1988年，艾尔伯费尔和格林贝格尔各自独立发现了巨磁电阻(GMR)效应[1, 2]。因这一效应的发现，数据存储工业由此产生了一次巨变，而两位科学家也因此成为了2007年诺贝尔物理学奖[3]的获得者。Julliere[4]在1975年时，从Fe/GeO/Co磁性隧道结中发现了隧穿磁电阻效应（TMR），自旋相关隧 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
穿理论由此提出。但在室温下，由于隧穿磁电阻效应信号很难观察到，所以这一理论在实际情况下，并没有得到应用。1991年对于以交换偏置效应为基础的自旋阀结构磁电子器件来说，是意义非凡的一年，它在这一年成功实现了从理论向应用的转变。1995年，经过不断的研究，人们终于做出即使在室温下，TMR信号也能达到18%的AlOx磁性隧道结（MTJ）[5]。磁性隧道结比起实用化的自旋阀结构磁电阻材料，除了磁场灵敏度更高，需要的饱和磁场较小之外，更兼有输出电压大、功率消耗低等特点。目前，磁性隧道结已经在磁电阻读出磁头、磁传感器、磁随机存储器等多个方面得到了成功的应用[610]。
1.1 交换偏置
Meiklejohn和Bean[11]在1956年的时候，首次在Co/CoO双层膜中，发现本该相对于零场对称的Co的磁滞回线偏移了一定的大小，这就是所说的交换偏置效应。此外，他们还指出，产生交换偏置效应的主要原因，是因为相邻的铁磁/反铁磁层材料界面处未抵消的磁矩间的交换耦合作用[12, 13]。
1.1.1 交换偏置的物理图像
通常情况下，交换偏置可以从铁磁（FM）/反铁磁（AF）界面间的交换耦合作用来进行解释，如图1所示 [14]。在TN
1.1.2 交换偏置的影响因素
交换偏置的影响因素主要可以归结为五种，分别是：（1）铁磁层的厚度（tFM）、（2）反铁磁层的厚度（tFM）、（3）反铁磁层的晶体学取向、（4）铁磁/反铁磁晶粒尺寸与界面粗糙度、（5）冷却场的大小和方向。
首先，就第一个来说，交换偏置场（Hex）和矫顽力（Hc）都近似反比于铁磁层的厚度；反铁磁层的厚度对交换偏置的影响与之相比则更为复杂，总的来说，Hex随着tAF 的减小而减小，当减小到临界点tAFc以下时，Hex趋向于于零，而当tAF数值较大时，Hex保持恒定不变；其次，反铁磁层的晶体学取向一旦发生变化，Hex和Hc也随之变化；而晶粒尺寸和界面粗糙度更是对交换偏置有着更为直接的影响；在铁磁层在冷却磁场中已经达到饱和的情况下，对于大部分铁磁/反铁磁双层膜来说，，冷却场大小对其交换偏置的影响可以忽略不计。
1.1.3 交换偏置的热稳定性
为了优化磁电子器件的设计和使用寿命，对交换偏置热稳定性的研究可谓是迫在眉睫，因为它不仅关系到磁电子器件在日常使用中是否可靠，更是能够让人对交换偏置有一个更深层的理解。
如今，学者们主要将对其的研究分为三个方面：一是磁练习效应，所谓磁练习效应，它就是Hex与Hc在低于反铁磁层的奈耳温度TN的条件下，随着测量的不断重复，数字由不断变化到保持不变的一个现象；二是负场等待效应，所谓负场等待效应就是先提供一个温度低于交换偏置消失的温度（截止温度TB）且方向相反于冷却磁场的方向磁场，放入样品，然后随着样品放入时间的增加，Hex与Hc不断的变小；三是热驰豫，Hex与Hc都随温度变化而发生改变。
目 录
1 绪论 1
1.1 交换偏置 1
1.2 新型磁性功能薄膜材料 3
1.3 本文研究的主要内容、目的和意义 4
2 薄膜样品的制备与表征 5
2.1 薄膜样品的制备 5
2.2 薄膜样品的结构表征 5
2.3 薄膜样品的磁性能表征 6
3 Ni50Mn37In13磁性薄膜中的交换偏置及其热稳定性 7
3.1 Ni50Mn37In13磁驱动形状记忆合金薄膜的制备、结构与磁性能 7
3.2 Ni50Mn37In13磁驱动形状记忆合金薄膜中的交换偏置及其热稳定性 15
结 论 18
致 谢 19
参 考 文 献 20
1 绪论
当今科学技术中，现代磁性材料得到了广泛应用，涉及到了信息化、机电一体化、自动化、国民经济、国防的各个方面，关乎着整个社会经济和国防建设的发展。对于近20年来发展起来的自旋电子学（Spintronics），更是得到了人们巨大的关注。1988年，艾尔伯费尔和格林贝格尔各自独立发现了巨磁电阻(GMR)效应[1, 2]。因这一效应的发现，数据存储工业由此产生了一次巨变，而两位科学家也因此成为了2007年诺贝尔物理学奖[3]的获得者。Julliere[4]在1975年时，从Fe/GeO/Co磁性隧道结中发现了隧穿磁电阻效应（TMR），自旋相关隧 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
穿理论由此提出。但在室温下，由于隧穿磁电阻效应信号很难观察到，所以这一理论在实际情况下，并没有得到应用。1991年对于以交换偏置效应为基础的自旋阀结构磁电子器件来说，是意义非凡的一年，它在这一年成功实现了从理论向应用的转变。1995年，经过不断的研究，人们终于做出即使在室温下，TMR信号也能达到18%的AlOx磁性隧道结（MTJ）[5]。磁性隧道结比起实用化的自旋阀结构磁电阻材料，除了磁场灵敏度更高，需要的饱和磁场较小之外，更兼有输出电压大、功率消耗低等特点。目前，磁性隧道结已经在磁电阻读出磁头、磁传感器、磁随机存储器等多个方面得到了成功的应用[610]。
1.1 交换偏置
Meiklejohn和Bean[11]在1956年的时候，首次在Co/CoO双层膜中，发现本该相对于零场对称的Co的磁滞回线偏移了一定的大小，这就是所说的交换偏置效应。此外，他们还指出，产生交换偏置效应的主要原因，是因为相邻的铁磁/反铁磁层材料界面处未抵消的磁矩间的交换耦合作用[12, 13]。
1.1.1 交换偏置的物理图像
通常情况下，交换偏置可以从铁磁（FM）/反铁磁（AF）界面间的交换耦合作用来进行解释，如图1所示 [14]。在TN
1.1.2 交换偏置的影响因素
交换偏置的影响因素主要可以归结为五种，分别是：（1）铁磁层的厚度（tFM）、（2）反铁磁层的厚度（tFM）、（3）反铁磁层的晶体学取向、（4）铁磁/反铁磁晶粒尺寸与界面粗糙度、（5）冷却场的大小和方向。
首先，就第一个来说，交换偏置场（Hex）和矫顽力（Hc）都近似反比于铁磁层的厚度；反铁磁层的厚度对交换偏置的影响与之相比则更为复杂，总的来说，Hex随着tAF 的减小而减小，当减小到临界点tAFc以下时，Hex趋向于于零，而当tAF数值较大时，Hex保持恒定不变；其次，反铁磁层的晶体学取向一旦发生变化，Hex和Hc也随之变化；而晶粒尺寸和界面粗糙度更是对交换偏置有着更为直接的影响；在铁磁层在冷却磁场中已经达到饱和的情况下，对于大部分铁磁/反铁磁双层膜来说，，冷却场大小对其交换偏置的影响可以忽略不计。
1.1.3 交换偏置的热稳定性
为了优化磁电子器件的设计和使用寿命，对交换偏置热稳定性的研究可谓是迫在眉睫，因为它不仅关系到磁电子器件在日常使用中是否可靠，更是能够让人对交换偏置有一个更深层的理解。
如今，学者们主要将对其的研究分为三个方面：一是磁练习效应，所谓磁练习效应，它就是Hex与Hc在低于反铁磁层的奈耳温度TN的条件下，随着测量的不断重复，数字由不断变化到保持不变的一个现象；二是负场等待效应，所谓负场等待效应就是先提供一个温度低于交换偏置消失的温度（截止温度TB）且方向相反于冷却磁场的方向磁场，放入样品，然后随着样品放入时间的增加，Hex与Hc不断的变小；三是热驰豫，Hex与Hc都随温度变化而发生改变。
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