菱形纳米结构中由层间耦合引起的异常磁滞与涡旋到双极态转变

在纳米尺度调控磁基态是一个长期的基础研究问题，也是磁存储技术中的重要课题。在此，我们设计了一种纳米结构材料，其因涡旋态与双极态之间的转变而表现出非常异常的磁滞回线。通过干涉光刻与电子束蒸发制备了由 Py(30 nm)/Ru(tRu)/Py(30 nm)（Py，坡莫合金（Ni80Fe20））三层膜构成的 700 nm 菱形纳米点阵列。我们表明改变 Ru 层间间隔层厚度（tRu）可调控 Py 层间的相互作用。我们发现该相互作用主要由两种机制介导：倾向于 Py 层反平行（反铁磁，AFM）排列的静磁相互作用，以及在铁磁（FM）与 AFM 耦合间振荡的交换相互作用。对于一定范围的 Ru 厚度，FM 耦合占主导并在上下 Py 层形成磁涡旋。对于 AFM 耦合占主导的 Ru 厚度，剩磁态为双极结构。我们的结果表明，即便在 4 nm Ru 厚度下层间交换耦合相互作用仍保持有限。由磁力显微镜（MFM）观测到的剩磁态，与磁光克尔效应（MOKE）及微磁模拟获得的相应磁滞回线吻合良好。