專利名稱：交換偏置薄膜難易磁化方向的測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁性測(cè)量方法，確切講是一種對(duì)于具有交換偏置的磁性薄膜材料的難易磁化方向測(cè)試方法。
背景技術(shù)：
交換偏置效應(yīng)，尤其是鐵磁/反鐵磁雙層膜體系，由于其在磁存儲(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用從而得到廣泛研究。對(duì)于鐵磁/反鐵磁的雙層膜體系，其難易磁化方向迄今為止主要是通過(guò)兩種方式獲得一是對(duì)于制備的磁性薄膜在真空中加溫至反鐵磁層的奈爾溫度以上， 而后加上一個(gè)給定的外磁場(chǎng)降溫，最后獲得具有交換偏置的雙層膜；另一種是在制備過(guò)程中，在襯底的兩側(cè)施加外磁場(chǎng)，在外磁場(chǎng)的誘導(dǎo)下，獲得有交換偏置的雙層膜。對(duì)以上兩種情況下制備的樣品，由于換偏置現(xiàn)象都是在外磁場(chǎng)下處理獲得，因而難易磁化方向在樣品制備出來(lái)，就會(huì)是確定已知的，所以在很多研究中不需要重新測(cè)定樣品的難易磁化方向。目前，對(duì)于沒(méi)有交換偏置的各向異性磁性薄膜，在未知其難易磁化方向的情況下， 我們可以通過(guò)先施加外磁場(chǎng)至樣品飽和，再把外磁場(chǎng)降為0，當(dāng)剩余磁化強(qiáng)度最小時(shí)所對(duì)應(yīng)的方向?yàn)闃悠返碾y磁化方向，通過(guò)這種方法最后獲得樣品的難易磁化方向。然而，對(duì)于交換偏置的薄膜樣品，在未知難易磁化方向的情況下，比如當(dāng)來(lái)自鐵磁層的單軸各向異性場(chǎng)與來(lái)自界面耦合作用產(chǎn)生的單向各向異性場(chǎng)(交換偏置場(chǎng))不共線，即兩種各向異性場(chǎng)有一定夾角的情況；在不施加外磁場(chǎng)的情況下，先制備鐵磁層后制備反鐵磁層出現(xiàn)交換偏置的情況，以往的方法已經(jīng)解決不了實(shí)際需要。如何得到交換偏置薄膜樣品的難易磁化方向，成為研究該類樣品磁性的關(guān)鍵因素，但現(xiàn)階段尚無(wú)這方面技術(shù)的介紹。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種可測(cè)量交換偏置薄膜難易磁化方向的方法。本發(fā)明的方法是在一外加直流磁場(chǎng)中放置被測(cè)樣品薄膜，使被測(cè)樣品薄膜平面與外磁場(chǎng)方向平行，并且使被測(cè)樣品薄膜繞與外磁場(chǎng)平面相垂直的軸轉(zhuǎn)動(dòng)，在進(jìn)行測(cè)試時(shí)，任意施加一給定外磁場(chǎng)，保持其大小不變，記錄樣品所處的初始位置和此時(shí)的磁化強(qiáng)度大小， 然后每將被測(cè)樣品薄膜轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，測(cè)量出在該角度θ ο狀態(tài)下被測(cè)薄膜自發(fā)磁化強(qiáng)度 MS在外磁場(chǎng)方向的相應(yīng)的投影值Μ，由此得到被測(cè)樣品薄膜在不同轉(zhuǎn)角θ ^與對(duì)應(yīng)的M值的函數(shù)，根據(jù)測(cè)量所得M θ^曲線確定交換偏置薄膜易磁化軸或難磁化軸。本發(fā)明的測(cè)試方法在測(cè)量過(guò)程中應(yīng)使樣品沿一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，除了在讀取測(cè)量值時(shí)停頓一下外，整個(gè)過(guò)程是連續(xù)的。本發(fā)明最佳的測(cè)試方法是在測(cè)量過(guò)程中使樣品沿一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)被測(cè)薄膜樣品，并瞬間得到每轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)等角度時(shí)對(duì)應(yīng)的M值，例如采用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)讀取被測(cè)薄膜樣品轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，同時(shí)讀取相應(yīng)的M值。通過(guò)以上的測(cè)試方法，得到被測(cè)樣品的M θ ^函數(shù)曲線。在不同的外磁場(chǎng)下，曲線最有可能會(huì)出現(xiàn)兩類一類是連續(xù)不能發(fā)生反磁化的轉(zhuǎn)動(dòng)磁化曲線，此時(shí)的曲線有正有負(fù)，類似余弦曲線；另一類是連續(xù)能夠發(fā)生反磁化的轉(zhuǎn)動(dòng)磁化曲線，此時(shí)的曲線所有磁化強(qiáng)度值都為正值。因?yàn)閷?duì)于任意的交換偏置薄膜樣品，都有唯一一個(gè)易磁化方向和一個(gè)難磁化方向，兩者方向成反平行，當(dāng)外磁場(chǎng)方向與易磁化方向平行時(shí)，我們知道樣品此時(shí)的磁化強(qiáng)度最大，等于樣品的飽和磁化強(qiáng)度，所以我們可以直接通過(guò)觀察M Θ。曲線中M的最大值確定樣品的難易磁化方向。其具體判斷方法為對(duì)于第一類曲線，M有一個(gè)極大值對(duì)應(yīng)樣品的易磁化方向，一個(gè)極小值對(duì)應(yīng)于難磁化方向，如圖3正方形線所示；第二種情況，M有兩個(gè)極大值，附近變化比較緩慢的極大值對(duì)應(yīng)了樣品的易磁化方向，而附近變化比較陡峭的極大值對(duì)應(yīng)了樣品的難磁化方向，如圖3三角形線所示。通過(guò)以上的敘述可知，本發(fā)明的測(cè)試方法極為簡(jiǎn)單，可以很容易地判別具有交換偏置磁性薄膜的難易磁化方向，這無(wú)論對(duì)材料的研究還是應(yīng)用無(wú)疑有積極的作用，而且本發(fā)明的方法有較高測(cè)試精度。


附圖1為測(cè)試模型圖。附圖2為本發(fā)明測(cè)試時(shí)被測(cè)樣品的飽和磁化強(qiáng)度和外加磁場(chǎng)與初始測(cè)量位置間的角度關(guān)系示意圖。附圖3為交換偏置薄膜樣品在不同外磁場(chǎng)下實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的結(jié)果示意圖。附圖4為外磁場(chǎng)平行于和垂直于樣品的易磁化方向時(shí)的磁滯回線圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)際測(cè)試對(duì)本發(fā)明進(jìn)行解說(shuō)圖1為本發(fā)明測(cè)試的裝置示意，這一裝置是軟磁性材料測(cè)定用振動(dòng)試料型磁力計(jì) (BHV-30S)實(shí)驗(yàn)裝置，主要由產(chǎn)生外磁場(chǎng)的亥姆霍茲線圈、放置被測(cè)樣品的樣品拖、可使樣品轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)軸等三個(gè)主要部分組成。由圖1可見(jiàn)，被測(cè)的薄膜樣品被貼于樣品拖上時(shí)，外加的磁場(chǎng)平行于薄膜，同時(shí)薄膜可隨轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)軸與外磁場(chǎng)方向相垂直。在進(jìn)行測(cè)試時(shí)，先將被測(cè)樣品薄膜平面貼在樣品拖上，這時(shí)薄膜材料平面與外磁場(chǎng)方向平行。在進(jìn)行測(cè)試時(shí)，任意施加一固定外磁場(chǎng)H，然后保持這一外磁場(chǎng)不變，首先測(cè)出被測(cè)樣品薄膜樣品在初始位置下其自發(fā)磁化強(qiáng)度Ms在外磁場(chǎng)方向的相應(yīng)的投影值M，記錄樣品所在位置(定為初始位置)，再使被測(cè)樣品薄膜繞與其平面相垂直的軸轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度， 測(cè)出被測(cè)樣品薄膜在這一狀態(tài)下其自發(fā)磁化強(qiáng)度Ms在外磁場(chǎng)方向的相應(yīng)的投影值M，然后再轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，測(cè)量出在該角度下被測(cè)薄膜自發(fā)磁化強(qiáng)度Ms在外磁場(chǎng)方向的相應(yīng)的投影值M，如此得到被測(cè)樣品薄膜在不同角度θ ^與對(duì)應(yīng)的M值的函數(shù)。整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程是一個(gè)連續(xù)的、在一個(gè)360°周期內(nèi)完成。本發(fā)明的這一測(cè)試原理可參見(jiàn)附圖2給出的理論模型。由圖2可見(jiàn)，其薄膜樣品在xoy平面內(nèi)任意旋轉(zhuǎn)，假定χ正方向?yàn)闃悠返某跏嘉恢盟幏较?，它與外磁場(chǎng)方向成θ ^， 與自發(fā)磁化強(qiáng)度Ms夾角為θ。由BHV-30S測(cè)量所得信號(hào)即為自發(fā)磁化強(qiáng)度Ms在外磁場(chǎng)方向的投影 M = MsC0S(eQ-e)。將制備的 ^Μη/FeNi薄膜樣品放置于BHV-30S裝置上，按前述的介紹的方法進(jìn)行測(cè)試。試驗(yàn)表明，只要將按前述的方法進(jìn)行測(cè)試均可得到基本一致的M Θ。曲線。附圖3給出的是樣品在不同外磁場(chǎng)下的M θ ^曲線，可以看到在比較小的外磁場(chǎng)(50e)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)磁化曲線呈現(xiàn)的為小場(chǎng)下的連續(xù)不能發(fā)生反磁化的轉(zhuǎn)動(dòng)磁化過(guò)程，曲線類似于余弦曲線，從曲線上結(jié)合我們的實(shí)驗(yàn)方法可以得到樣品的易磁化方向分別在的曲線的最高點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的位置14°，難磁化方向則處在曲線的最低點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的位置194°，如圖3 所示。而當(dāng)外磁場(chǎng)為250e時(shí)，樣品的轉(zhuǎn)動(dòng)磁化曲線出現(xiàn)能夠發(fā)生反磁化的狀態(tài)，根據(jù)我們的實(shí)驗(yàn)方法，樣品的易磁化方向處在附近變化比較緩慢的最高點(diǎn)位置14°，而難磁化方向則處在附近相對(duì)陡峭的最高點(diǎn)位置194°。 根據(jù)實(shí)際的檢測(cè)，施加一定的的外磁場(chǎng)H，一定可以得到圖3所示的兩種轉(zhuǎn)動(dòng)磁化曲線，因此本發(fā)明可以得到樣品的難易磁化方向。結(jié)合圖3得到的易磁化方向結(jié)果，測(cè)得了當(dāng)外磁場(chǎng)平行和垂直于易磁化方向的磁滯回線圖，如圖4所示。從圖4中可以看到，易軸矩形比很好，交換偏置場(chǎng)He = 130e，易磁化方向矯頑力H。= 5. 50e ；垂直于易磁化方向的磁滯回線幾乎沒(méi)有磁滯，此時(shí)的矯頑力H。= 2. 90e，說(shuō)明本發(fā)明的方法確定交換偏置薄膜的難易軸方向是比較準(zhǔn)確的。
權(quán)利要求
1.交換偏置薄膜難易磁化方向的測(cè)試方法，其特征是在一外加直流磁場(chǎng)H中放置被測(cè)樣品薄膜，使被測(cè)樣品薄膜平面與外磁場(chǎng)方向平行，并且使被測(cè)樣品薄膜繞與外磁場(chǎng)平面相垂直的軸轉(zhuǎn)動(dòng)，在進(jìn)行測(cè)試時(shí)，任意施加一給定外磁場(chǎng)，保持其大小不變，記錄樣品所處的初始位置和此時(shí)的磁化強(qiáng)度大小，然后每將被測(cè)樣品薄膜轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，測(cè)量出在該角度θ ^狀態(tài)下被測(cè)薄膜自發(fā)磁化強(qiáng)度Ms在外磁場(chǎng)方向的相應(yīng)的投影值M，由此得到被測(cè)樣品薄膜在不同轉(zhuǎn)角Qtl與對(duì)應(yīng)的M值的函數(shù)，根據(jù)測(cè)量所得M Θ。曲線確定交換偏置薄膜易磁化軸或難磁化軸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交換偏置薄膜難易磁化方向的測(cè)試方法，其特征是在測(cè)量過(guò)程中使樣品沿一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，除了在讀取測(cè)量值時(shí)停頓一下外，整個(gè)過(guò)程是連續(xù)的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交換偏置薄膜難易磁化方向的測(cè)試方法，其特征是在測(cè)量過(guò)程中使樣品沿一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，在整個(gè)測(cè)試過(guò)短中連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)被測(cè)薄膜樣品，并瞬間得到每轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)等角度時(shí)對(duì)應(yīng)的M值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種磁性測(cè)量方法，確切講是一種對(duì)于具有交換偏置的磁性薄膜材料的難易磁化方向測(cè)試方法。本發(fā)明的方法是在一外加直流磁場(chǎng)中放置被測(cè)樣品薄膜，使被測(cè)樣品薄膜平面與外磁場(chǎng)方向平行，并且使被測(cè)樣品薄膜可繞與其平面相垂直的軸轉(zhuǎn)動(dòng)，在進(jìn)行測(cè)試時(shí)，任意施加一給定外磁場(chǎng)，保持其大小不變，記錄樣品所處的初始位置和此時(shí)的磁化強(qiáng)度大小，然后每將被測(cè)樣品薄膜轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，測(cè)量出在該角度θ0狀態(tài)下被測(cè)薄膜自發(fā)磁化強(qiáng)度MS在外磁場(chǎng)方向的相應(yīng)的投影值M，由此得到被測(cè)樣品薄膜在不同轉(zhuǎn)角θ0與對(duì)應(yīng)的M值的函數(shù)，根據(jù)測(cè)量所得M-θ0曲線確定交換偏置薄膜易磁化軸或難磁化軸。
文檔編號(hào)G01R33/12GK102253351SQ20111009632
公開(kāi)日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月15日
發(fā)明者范小龍, 薛德勝, 隋文波 申請(qǐng)人:蘭州大學(xué)