Ir/Co/Pt 多层膜中的巨垂直磁各向异性
材料科学
2020-05-19 v2 介观与纳米尺度物理
摘要
我们研究了由铁磁金属 Co 与具有强自旋轨道耦合的重金属（Pt 和 Ir）组成的多层膜的磁性。我们生长了对称（ABA 堆叠）和非对称（ABC 堆叠）结构的多层膜，以研究结构反演对称性破缺的效应。我们比较了对称的 Pt/Co/Pt、Ir/Co/Ir 多层膜以及不对称的 Pt/Co/Ir、Ir/Co/Pt 多层膜的垂直磁各向异性（PMA）能。首先，利用有效 PMA 能对 Co 层厚度的依赖性研究了界面对于 PMA 的贡献。比较 Ir/Co/Pt、Pt/Co/Ir 非对称结构与 Pt/Co/Pt、Ir/Co/Ir 对称结构的界面 PMA 表明，由结构反演对称性破缺诱导的 PMA 相较于整体界面 PMA 很小。其次，我们发现当铁磁层通过层间交换耦合（IEC）反铁磁耦合时，多层膜中的磁各向异性场显著增大。宏自旋模型计算能定性解释各向异性场与 IEC 之间的关系。在所研究的结构中，非对称 Ir/Co/Pt 多层膜的 IEC 最大：交换耦合场超过 3 T，因此各向异性场接近 10 T。第三，比较非对称 Ir/Co/Pt 与 Pt/Co/Ir 结构，我们发现前者的 IEC 以及在一定程度上界面 PMA 均强于后者。X 射线磁圆二色性研究表明，Ir/Co/Pt 多层膜中 Pt 的邻近诱导磁化强于倒置结构，这可能部分解释了磁性质的差异。这些结果显示了 PMA、IEC 与邻近诱导磁化之间错综复杂的关系，可用于设计具有独特磁特性的人工结构。
引用
@article{arxiv.1910.01777,
title = {Giant perpendicular magnetic anisotropy in Ir/Co/Pt multilayers},
author = {Yong-Chang Lau and Zhendong Chi and Tomohiro Taniguchi and Masashi Kawaguchi and Goro Shibata and Naomi Kawamura and Motohiro Suzuki and Shunsuke Fukami and Atsushi Fujimori and Hideo Ohno and Masamitsu Hayashi},
journal= {arXiv preprint arXiv:1910.01777},
year = {2020}
}