CN102253351B - 交换偏置薄膜难易磁化方向的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁性测量方法，确切讲是一种对于具有交换偏置的磁性薄膜材料的难易磁化方向测试方法。本发明的方法是在一外加直流磁场中放置被测样品薄膜，使被测样品薄膜平面与外磁场方向平行，并且使被测样品薄膜可绕与其平面相垂直的轴转动，在进行测试时，任意施加一给定外磁场，保持其大小不变，记录样品所处的初始位置和此时的磁化强度大小，然后每将被测样品薄膜转动一个角度，测量出在该角度θ₀状态下被测薄膜自发磁化强度M_S在外磁场方向的相应的投影值M，由此得到被测样品薄膜在不同转角θ₀与对应的M值的函数，根据测量所得M-θ₀曲线确定交换偏置薄膜易磁化轴或难磁化轴。

Description

交换偏置薄膜难易磁化方向的测试方法

技术领域

本发明涉及一种磁性测量方法，确切讲是一种对于具有交换偏置的磁性薄膜材料的难易磁化方向测试方法。 

背景技术

交换偏置效应，尤其是铁磁/反铁磁双层膜体系，由于其在磁存储技术领域的应用从而得到广泛研究。对于铁磁/反铁磁的双层膜体系，其难易磁化方向迄今为止主要是通过两种方式获得：一是对于制备的磁性薄膜在真空中加温至反铁磁层的奈尔温度以上，而后加上一个给定的外磁场降温，最后获得具有交换偏置的双层膜；另一种是在制备过程中，在衬底的两侧施加外磁场，在外磁场的诱导下，获得有交换偏置的双层膜。对以上两种情况下制备的样品，由于换偏置现象都是在外磁场下处理获得，因而难易磁化方向在样品制备出来，就会是确定已知的，所以在很多研究中不需要重新测定样品的难易磁化方向。 

目前，对于没有交换偏置的各向异性磁性薄膜，在未知其难易磁化方向的情况下，我们可以通过先施加外磁场至样品饱和，再把外磁场降为0，当剩余磁化强度最小时所对应的方向为样品的难磁化方向，通过这种方法最后获得样品的难易磁化方向。然而，对于交换偏置的薄膜样品，在未知难易磁化方向的情况下，比如当来自铁磁层的单轴各向异性场与来自界面耦合作用产生的单向各向异性场(交换偏置场)不共线，即两种各向异性场有一定夹角的情况；在不施加外磁场的情况下，先制备铁磁层后制备反铁磁层出现交换偏置的情况，以往的方法已经解决不了实际需要。如何得到交换偏置薄膜样品的难易磁化方向，成为研究该类样品磁性的关键因素，但现阶段尚无这方面技术的介绍。 

发明内容

本发明提供一种可测量交换偏置薄膜难易磁化方向的方法。 

本发明的方法是在一外加直流磁场中放置被测样品薄膜，使被测样品薄膜平面与外磁场方向平行，并且使被测样品薄膜绕与外磁场平面相垂直的轴转动，在进行测试时，任意施加一给定外磁场，保持其大小不变，记录样品所处的初始位置和此时的磁化强度大小，然后每将被测样品薄膜转动一个角度，测量出在该角度θ₀状态下被测薄膜自发磁化强度MS在外磁场方向的相应的投影值M，由此得到被测样品薄膜在不同转角θ₀与对应的M值的函数，根据测量所得M～θ₀曲线确定交换偏置薄膜易磁化轴或难磁化轴。 

本发明的测试方法在测量过程中应使样品沿一个方向转动，除了在读取测量值时停顿一下外，整个过程是连续的。 

本发明最佳的测试方法是在测量过程中使样品沿一个方向转动，在整个测试过程中连续转动被测薄膜样品，并瞬间得到每转动一个等角度时对应的M值，例如采用计算机系统读取被测薄膜样品转动的角度，同时读取相应的M值。 

通过以上的测试方法，得到被测样品的M～θ₀函数曲线。在不同的外磁场下，曲线最有可能会出现两类：一类是连续不能发生反磁化的转动磁化曲线，此时的曲线有正有负，类似余弦曲线；另一类是连续能够发生反磁化的转动磁化曲线，此时的曲线所有磁化强度值都为正值。因为对于任意的交换偏置薄膜样品，都有唯一一个易磁化方向和一个难磁化方向，两者方向成反平行，当外磁场方向与易磁化方向平行时，我们知道样品此时的磁化强度最大，等于样品的饱和磁化强度，所以我们可以直接通过观察M～θ₀曲线中M的最大值确定样品的难易磁化方向。其具体判断方法为：对于第一类曲线，M有一个极大值对应样品的易磁化方向，一个极小值对应于难磁化方向，如图3正方形线所示；第二种情况，M有两个极大值，附近变化比较缓慢的极大值对应了样品的易磁化方向，而附近变化比较陡峭的极大值对应了样品的难磁化方向，如图3三角形线所示。 

通过以上的叙述可知，本发明的测试方法极为简单，可以很容易地判别具有交换偏置磁性薄膜的难易磁化方向，这无论对材料的研究还是应用无疑有积极的作用，而且本发明的方法有较高测试精度。 

附图说明

附图1为测试模型图。附图2为本发明测试时被测样品的饱和磁化强度和外加磁场与初始测量位置间的角度关系示意图。附图3为交换偏置薄膜样品在不同外磁场下实测数据的结果示意图。附图4为外磁场平行于和垂直于样品的易磁化方向时的磁滞回线图。 

具体实施方式

以下结合实际测试对本发明进行解说： 

图1为本发明测试的装置示意，这一装置是软磁性材料测定用振动试料型磁力计(BHV-30S)实验装置，主要由产生外磁场的亥姆霍兹线圈、放置被测样品的样品拖、可使样品转动的转轴等三个主要部分组成。由图1可见，被测的薄膜样品被贴于样品拖上时，外加的磁场平行于薄膜，同时薄膜可随转轴的转动而转动，转轴与外磁场方向相垂直。 

在进行测试时，先将被测样品薄膜平面贴在样品拖上，这时薄膜材料平面与外磁场方向平行。在进行测试时，任意施加一固定外磁场H，然后保持这一外磁场不变，首先测出被测样品薄膜样品在初始位置下其自发磁化强度M_S在外磁场方向的相应的投影值M，记录样品所在位置(定为初始位置)，再使被测样品薄膜绕与其平面相垂直的轴转动一个角度，测出被测样品薄膜在这一状态下其自发磁化强度M_S在外磁场方向的相应的投影值M，然后再转动一个角度，测量出在该角度下被测薄膜自发磁化强度M_S在外磁场方向的相应的投影值M，如此得到被测样品薄膜在不同角度θ₀与对应的M值的函数。整个转动过程是一个连续的、在一个360°周期内完成。 

本发明的这一测试原理可参见附图2给出的理论模型。由图2可见，其薄膜样品在xoy平面内任意旋转，假定x正方向为样品的初始位置所处方向，它与外磁场方向成θ₀，与自发磁化强度M_S夹角为θ。由BHV-30S测量所得信号即为自发磁化强度M_S在外磁场方向的投影M＝M_Scos(θ₀-θ)。 

将制备的FeMn/FeNi薄膜样品放置于BHV-30S装置上，按前述的介绍的方法进行测试。试验表明，只要将按前述的方法进行测试均可得到基本一致的M～θ₀曲线。 

附图3给出的是样品在不同外磁场下的M～θ₀曲线，可以看到在比较小的外磁场(5Oe)时，转动磁化曲线呈现的为小场下的连续不能发生反磁化的转动磁化过程，曲线类似于余弦曲线，从曲线上结合我们的实验方法可以得到样品的易磁化方向分别在的曲线的最高点所对应的位置14°，难磁化方向则处在曲线的最低点所对应的位置194°，如图3所示。而当外磁场为25Oe时，样品的转动磁化曲线出现能够发生反磁化的状态，根据我们的实验方法，样品的易磁化方向处在附近变化比较缓慢的最高点位置14°，而难磁化方向则处在附近相对陡峭的最高点位置194°。 

[0017] 根据实际的检测，施加一定的的外磁场H，一定可以得到图3所示的两种转动磁化曲线，因此本发明可以得到样品的难易磁化方向。结合图3得到的易磁化方向结果，测得了当外磁场平行和垂直于易磁化方向的磁滞回线图，如图4所示。从图4中可以看到，易轴矩形比很好，交换偏置场H_e＝13Oe，易磁化方向矫顽力H_c＝5.5Oe；垂直于易磁化方向的磁滞回线几乎没有磁滞，此时的矫顽力H_c＝2.9Oe，说明本发明的方法确定交换偏置薄膜的难易轴方向是比较准确的。 

Claims (3)

1.交换偏置薄膜难易磁化方向的测试方法，其特征是在一外加直流磁场H中放置被测样品薄膜，使被测样品薄膜平面与外磁场方向平行，并且使被测样品薄膜绕与外磁场平面相垂直的轴转动，在进行测试时，任意施加一给定外磁场，保持其大小不变，记录样品所处的初始位置和此时的磁化强度大小，然后每将被测样品薄膜转动一个角度，测量出在该角度θ₀状态下被测薄膜自发磁化强度M_S在外磁场方向的相应的投影值M，由此得到被测样品薄膜在不同转角θ₀与对应的M值的函数，根据测量所得M～θ₀曲线确定交换偏置薄膜易磁化轴或难磁化轴。

2.根据权利要求1所述的交换偏置薄膜难易磁化方向的测试方法，其特征是在测量过程中使样品沿一个方向转动，除了在读取测量值时停顿一下外，整个过程是连续的。

3.根据权利要求1所述的交换偏置薄膜难易磁化方向的测试方法，其特征是在测量过程中使样品沿一个方向转动，在整个测试过短中连续转动被测薄膜样品，并瞬间得到每转动一个等角度时对应的M值。

Images