交换偏置系统中的不对称磁化反转行为和磁锻炼效应

采用Monte-Carlo方法，通过对铁磁/反铁磁双层膜的交换偏置、矫顽场和磁化特性等的研究，从磁畴结构的形成及其演化上揭示铁磁/反铁磁双层膜中不对称磁化反转行为和磁锻炼效应的本质。研究由于外加磁场与冷却场方向的非共线、系统的单轴磁晶各向异性与单向磁晶各向异性之间的竞争等对磁化反转不对称性的影响；同时，考察掺入不同的非磁性物质将如何改变冷场诱发的净磁化的弛豫过程，从而有效地调控系统的磁锻炼效应，并翔实地模拟过程中铁磁、反铁磁的微观自旋构型。通过项目的开展，旨在从磁畴结构的形成、演化等微观形式上探索不对称磁化反转的缘由并阐明相关的物理效应的物理机制；以及非磁性物质的掺杂浓度和掺杂方式对铁磁/反铁磁双层膜中的自旋弛豫过程的影响，探究锻炼效应产生的根源，为寻找具有大的交换偏置、好的热稳定性的铁磁/反铁磁系统提供十分重要的价值和理论参考。

本项目详尽研究了铁磁/反铁磁体系的磁化反转行为和磁锻炼效应，通过Monte-Carlo和自旋动力学方法的计算，考察外磁场、冷场、非共线各向异性等对磁化反转的影响，揭示其产生的根源。此外，我们利用Landau-Lifshitz-Gilbert方程，引入不同的铁磁、反铁磁能量耗散，模拟磁锻炼效应的实验过程，揭示磁锻炼效应的物理机制。典型成果如下：. (1)非共线各向异性主要来源于外磁场、磁晶各向异性和铁磁/反铁磁界面的交换耦合之间的竞争，而单轴磁晶各向异性和单向磁晶各向异性之间的非共线行为是导致磁滞回线不对称的直接原因。当外磁场与铁磁层的单轴磁晶各向异性方向一致时，磁滞回线不依赖于非共线角的变化呈现出对称性。磁滞回线的不对称行为总是伴随着体系磁化反转的不可逆现象，不对称性随外场呈周期变化，而这种周期性与单轴各向异性和单向各向异性是否共线无关。通过磁畴的微观变化发现，磁畴成核和传播是不对称现象的微观机制。.(2) 通过引入铁磁和反铁磁层不同步能量耗散成功获得了交换偏置锻炼效应。计算结果表明在磁锻炼过程中，反铁磁层的能量耗散模式起着关键性的作用，比如，当反铁磁层能量耗散遵循指数定律变化时，交换偏置随测量次数呈指数变化规律。在磁滞回线测量过程中，下降支矫顽场的偏移比上升支大，并且铁磁/反铁磁双层膜的矫顽场总是比相对应的铁磁层的大，这些有趣的现象都得到了很好的解释。.(3) 在交换偏置系统中，由于单向各向异性，本征能量势垒是不对称的。基于Stoner-Wohlfarth模型，我们发现不对称势垒引起了四种磁滞回线测量的动力学过程。这些动力学过程具有不同的拓扑行为，通过调节外场方向可以进行控制。通过这种方法，磁滞回线中的矫顽场、交换偏置和不对称度都可以计算得到。