FePtFeRh双层薄膜的热致反铁磁—铁磁转变.docx

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引言
热致磁性材料是指其磁性能随着温度变化而产生可逆变化的一类材料。这类材料的研究具有重要的理论和应用价值。其中反铁磁/铁磁转变是一种非常具有吸引力的热致磁性现象，因为反铁磁和铁磁材料具有完全相反的磁性质性，因此研究反铁磁/铁磁转变现象可以在磁性存储，传感器等方面提供有趣的应用。
近年来，热致反铁磁/铁磁转变在磁性薄膜的领域中引起了广泛的关注，反铁磁材料 such as FeRh, MnAs, CoPt, FePd等因其可逆的反铁磁/铁磁转变而成为热致磁性研究的重点。特别是FeRh材料具有磁性转变温度较低和转变温度易于调节的优点，因此FeRh材料成为研究反铁磁/铁磁转变的材料之一。
本文研究了FePtFeRh双层薄膜在不同温度下磁性的演化，同时，讨论了磁性转变对样品结构和热稳定性的影响，以期为反铁磁/铁磁转变现象的研究提供新的思路和理论支持。
实验部分
实验材料制备
FePtFeRh双层薄膜采用直流磁控溅射工艺在硅衬底下制备。在真空室内，首先将硅衬底放在加热器内加热至400°C再将配比为Fe87Pt13的靶材与Rh靶材置于靶架上进行磁控溅射。其中FePt和FeRh的厚度分别为10nm和5nm。在溅射期间，将衬底温度控制在400°C并控制氩气压力为3×10−3 Pa。在制备过程中，FePt材料主要用于构建垂直/水平磁各向异性，同时FeRh材料因其反铁磁/铁磁相变的温度及其调节性成为本实验的重点对象。
实验手段
在本实验中，采用VSM测量系统测量了FePtFeRh双层薄膜在温度为 50K〜400K下的磁性演化，并分别在反铁磁和铁磁状态下进行M-H曲线测量。同时，TEM测试破坏了样品的微观原貌，以考察FeRh层中反铁磁/铁磁转变行为对样品的微观结构的影响。
结果和讨论
图1a表示了FePtFeRh双层薄膜在不同温度下的饱和磁矩的变化，其中在172K的温度处观察到磁死区。本实验结果表明，随着温度的升高，FePtFeRh双层薄膜的磁矩逐渐减小，并在172K处出现磁死区。随温度升高， FeRh顺序铁磁相的磁矩增大，反铁磁相的磁矩减小。这表明FeRh层在172K时经历了反铁磁/铁磁转变，这种转变是与反铁磁/铁磁材料的一般规律一致的。
图1b中显示了在50K、100K和200K时的FePtFeRh反铁磁状态的M-H曲线，可以看出M-H曲线在50 K和100 K显示出典型的反铁磁特征，其中随磁场的增强，磁矩下降；而在200 K处，磁性已变为顺序铁磁性，M-H曲线呈现出典型的顺序铁磁特征，其中随磁场增大,磁化强度不断增加。
图1c和图1d 是铁磁相的M-H滞回曲线。该结果表明，FeRh层在铁磁相转变后磁矩增大，同时光滑性能显著改变。在50K时，样品M-H曲线存在耳状异常。
为了研究反铁磁/铁磁转变对样品微观结构的影响，我们采用了TEM排放。图2显示了FePtFeRh反铁磁态（a)和铁磁态（b)的TEM形貌。TEM显示出反铁磁和铁磁相的颗粒大小约为10nm和20nm。与铁磁相相比，反铁磁相在颗粒大小方面明显更小，并且均匀分布。对于铁磁相颗粒的形成，我们认为其是由于相邻的FeRh层内的磁矩方向相互耦合产生的。 随着温度的升高，层间magnon激发的nuubering增加，导致邻近Fe层间的磁性互作用更加显著，FeRh层的磁性也被Fe层所影响。
结论
在本文中，我们探讨了FePtFeRh双层薄膜材料在不同温度下的磁性变化。实验结果表明，随着温度升高， FeRh层顺序铁磁相的磁矩增加，反铁磁相的磁矩减小，并在172K时发生反铁磁/铁磁的相变。通过TEM测试，我们发现FeRh层中的颗粒大小随着Fe层间磁性互作用的显著增加而增加。同时，铁磁相的颗粒更大，均匀性差并且分布不均匀。 本文的实验结果可以为热致反铁磁/铁磁转变现象的研究提供新的理论支持。