Co/Pd多层膜时间依赖性效应及相关现象研究

Co/Pd多层膜在高密度垂直磁记录介质、自旋电子器件、传感器和室温磁性存储器等方面具有广阔的应用前景。我们前期的研究工作表明Co/Pd多层膜的宏观磁性具有时间依赖性效应，随着暴露空气时间的推移，饱和磁化强度和矫顽力均减小，同时存在铁磁层由铁磁到反铁磁层间交换耦合的转变，并且发现与温度相关的反常霍尔效应极化的反转。本项目拟对Co/Pd多层膜进行系统深入研究，调控Co/Pd多层膜的厚度、层数和Co/Pd多层膜自旋阀结构，系统研究Co/Pd多层膜的变温磁滞回线、变温反常霍尔效应和变温磁电阻等物理特性，给出饱和磁化强度、矫顽力和磁各向异性的时间依赖性效应与各调控参数之间的相互关联机制。在此基础上，探索研究Co/Pd多层膜的时间依赖性效应对层间交换耦合的影响效果和理论根源，阐明Co/Pd多层膜的反常霍尔效应机制、反常霍尔效应与磁电阻的内在关联，为Co/Pd多层膜的应用提供实验和理论依据。

Co/Pd多层膜在高密度垂直磁记录介质、自旋电子器件、传感器和室温磁性存储器等方面具有广阔的应用前景。本项目系统调控Co/Pd多层膜的厚度、层数和Co/Pd多层膜自旋阀结构。发现Co/Pd多层膜的时间依赖性效应的规律与Co层厚度、Co/Pd多层膜周期数和外在环境均具有强烈依赖关系，Co层厚度越小，周期数越小，H2环境导致的矫顽力和饱和磁化强度迅速降低的时间依赖性效应越明显，氢气的吸附和渗透导致的Pd极化的降低很可能是造成时间依赖性效应的原因。对于Pd(50Å)/Co(tCoÅ)/Pd(54Å)/Co(tCoÅ)/Pd(50Å)多层膜，Co层厚度为3,4,5,6 Å，暴露于空气长时间后为反铁磁层间交换耦合，并且随着Co层厚度的增大，铁磁耦合到反铁磁耦合的转变时间延长，饱和磁化强度、矫顽力和反铁磁耦合小磁滞回线中心偏移量随着时间延长而降低。一种原因可能是氢气的吸附导致的Pd极化的降低与饱和磁矩的减小，另一个原因可能是Co/Pd界面合金化所导致的。而Co层厚度增加到8 Å情况下，多层膜为铁磁层间交换耦合，且时间依赖性效应几乎消失。Co/Pd多层膜自旋阀结构周期数n越大，铁磁-反铁磁层间交换耦合转变的时间依赖性效应现象越趋于消失。不同温度下Pd(50Å)/Co(5Å)/Pd(54Å)/Co(5Å)/Pd(50Å)多层膜磁场相关的霍尔电阻曲线，发现反常霍尔效应极性发生反转，随着暴露于空气时间的延长，反常霍尔电阻由负值变为正值的温度升高，反转温度在6个月之内由105 K升高至220 K，30 K以上遵从ρAH=a'ρxx0+ bρxx2的关系，而30K以下严重偏离，这可能由于Co/Pd界面合金化的无序导致的温度相关散射所引起。