文献综述
反铁磁薄膜磁特性的应力调控
背景
柔性自旋电子器件由于其灵活性、可穿戴性、低成本等优点，在信息、医疗保健和能源领域具有重要的实际应用价值。应变可调交换偏置因其在柔性和可穿戴自旋电子器件中的实际应用而引起了人们的广泛关注。在这里，柔性的外延NiMn/Co-fe4n双分子层膜是通过面对目标的反应性溅射来沉积的。交换偏置场HEB和矫顽力HC(jDHEB/HEBj和jDHC/HCj)的最大应变诱导变化比分别为51%和22%。大应变诱导的jHHEB/HEBj出现在较厚的铁磁层中，而较大的jDHC/HCj)出现在较薄的铁磁层中。在压缩应变下，四方NiMn层的反铁磁各向异性增加，导致NiMn/c0-fe4n双分子层的HC增加。在低磁场条件下，也可以观察到弯曲应变引起的各向异性磁电阻和平面霍尔电阻的变化。弯曲-应变定制的磁性特性可以归因于铁磁和反铁磁各向异性的分布。
课题背景
操纵反铁磁体(AFMs)中的反铁磁矩处理是开发基于afm的自旋电子器件的一个关键问题。晶格应变是调制反铁磁矩的有效策略，传统上是基于AFMs的直接晶体裁剪。介绍了一种通过控制原子力显微镜中的交换弹簧来实现应变调节反铁磁矩的新方法，它适用于其他传统的原子力显微镜材料。具体来说，一种TiNi(Nb)形状记忆合金(SMA)被用作Ta/NiFe/FeMn多层膜的衬底。通过热驱动逆马氏体相变SMA，1.3%的显著应变转移到电影，切换明显的磁矩旋转镍近90°电影平面，导致相应的旋转Neel向量FeMn由于界面交换交互。反过来，FeMn的反铁磁矩通过调整交换弹簧是可定制的。同时，由于反铁磁矩的扭曲，交换偏置场被显著调整，最大变化为350%，有利于应变辅助磁化反转。这些发现为通过温度驱动应变工程推进基于afm的记忆器的发展提供了一种替代策略。晶格应变是改变晶体结构的一种有效方法，该方法为调整反铁磁矩提供了一条很有前途的途径。目前，大多数研究都是通过原子力显微镜的直接晶体裁剪来成功地控制反铁磁矩，如晶体取向或相成分。[20-26]然而，这些方法仅适用于少数特殊材料，如大自旋轨道耦合的Mn2Au和不同磁相的FeRh合金。因此，需要开发一种适用于传统AFM材料，如FeMn、IrMn等。众所周知，交换耦合是存在于FM/AFM界面的普遍磁相互作用。当原子力显微镜的厚度小于畴壁宽时，反铁磁矩的倾斜可以被相邻FM层的磁矩旋转所改变，从而在原子力显微镜中产生交换弹簧(ES)结构。[28–31]ES可以通过电场或磁场来精心控制，而[8,9,30,31]被认为是调制AFM磁态的一种有效方法。现在，研究的兴趣是我们是否可以使用一种有效的应变方法来调整ES结构，进而实现对反铁磁矩的控制。在传统的应变输出方法中，铁电体只能产生一种小应变（lt;0.5%），[32,33]，而晶格错配引起的外延应变不变。[34,35]这些因素导致难以以显著的和可调的方式实现AFM可调性。由于大多数在柔性基底上生长的铁磁(FM)薄膜的诱导磁化和电阻变化是多晶或非晶的，因此也不容易实现。由于多晶或非晶薄膜的晶格对称性差、各向异性低和晶界11,18由于外延薄膜可以有效地转移基底的应变，因此对外延薄膜磁和电子输运特性的应变效应小于外延薄膜。19,20因此，柔性外延反铁磁/铁磁(AFM/FM)双层膜更适合于定制EB。白云母（云母）[KAl2Si3AlO10)(OH)2]被用作衬底产生大应变弯曲由于其大拉伸21日22和高熔点1300c.23日，24，c0-Fe4N被选为铁磁层由于其大延性，25日26高居里温度767k，和一个大饱和磁化1440emu/cm3。27-29同时，由于尼尔温度高，约800C，偏置场，被选为反铁磁层。30,31在本研究中，外延NiMn(15nm)/c0-fe4n(t)(tfrac14;8,12,17nm)双层通过面向目标溅射沉积在柔性云母（001）衬底物上。结果表明，通过弯曲应变可以有效地调节交换偏置场(HEB)、矫顽力(HC)、各向异性磁电阻(AMR)和平面霍尔电阻(Rxy)。在不同的弯曲应变下，只有较厚的FM层才会出现较大的HEB变化，而较薄的FM层则会出现较大的HC变化。应变定制的EB与铁磁和反铁磁各向异性的分布有关。
研究现状
Co-Fe4N的研究现状
由于大多数在柔性基底上生长的铁磁(FM)薄膜的诱导磁化和电阻变化是多晶或非晶的，因此也不容易实现。由于多晶或非晶薄膜的晶格对称性差、各向异性低和晶界由于外延薄膜可以有效地转移基底的应变，因此对外延薄膜磁和电子输运特性的应变效应小于外延薄膜。因此，柔性外延反铁磁/铁磁（AFM/FM）双层更适合定制EB。白云母（云母）(Kal2si3AlO10)(OH)2)由于其较大的拉伸性和高熔点1300℃，作为衬底通过弯曲产生较大的应变。在这项工作中，外延NiMn(15nm)/c0-fe4n(t)(tfrac14;8,12,17nm)双层膜沉积在柔性云母（001）衬底物上。结果表明，通过弯曲应变可以有效地调节交换偏置场(HEB)、矫顽力(HC)、各向异性磁电阻(AMR)和平面霍尔电阻(Rxy)。在不同的弯曲应变下，只有较厚的FM层才会出现较大的HEB变化，而较薄的FM层则会出现较大的HC变化。应变定制的EB与铁磁和反铁磁各向异性的分布有关。在这项工作中，外延NiMn(15nm)/Co-fe4n(t)(tfrac14;8,12,17nm)双层膜沉积在柔性云母（001）衬底物上。结果表明，通过弯曲应变可以有效地调节交换偏置场(HEB)、矫顽力(HC)、各向异性磁电阻(AMR)和平面霍尔电阻(Rxy)。在不同的弯曲应变下，只有较厚的FM层才会出现较大的HEB变化，而较薄的FM层则会出现较大的HC变化。应变定制的EB与铁磁和反铁磁各向异性的分布有关。ROC在拉伸应变下为正，在压缩应变下为负，在未弯曲状态下为1。利用量子设计物理性质测量系统测量了输运性质。带有五端霍尔棒的NiMn/Co-Fe4n双分子层被用于AMR和平面Rxy的测量。云母基底的厚度为37.5lm。
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