层间耦合对双层铁磁薄膜中自旋波共振禁闭模及共振的影响
磁性测量 原理篇 之三 磁共振效应
自然磁共振
当外加磁场为零时的磁共振， 如果存在（磁性材料）。
//
磁共振效应
磁共振的类型
磁矩（自旋）共振：moment (spin) resonance
磁共振2
电子顺磁共振：（EPR）Electron Paramagnetic Resonance 电子自旋共振：（ESR）Electron Spin Resonance 电子自旋共振 铁磁共振：（FMR）FerroMagnetic Resonance 亚铁磁共振： （FiMR）FerriMagnetic Resonance 反铁磁共振：（AFMR）AntiFerroMagnetic Resonance 核自旋共振 核磁共振：（NMR）Nuclear Magnetic Resonance Mössbauer效应：Mössbauer Effect
M
磁矩（自旋）共振
Landau－Lifshitz－Gilbert方程
dM dM α eff = −γ M × H + M × dt M dt
磁共振5
dM α α dM = − γ M × H eff + M × − γ M × H eff + M × dt M M dt eff αγ eff α 2 dM M× M×H = −γ M × H − + 2 M × M × M M dt eff αγ eff M α 2 dM d 2 M× M×H M = M M M = −γ M × H − += ⋅ − ⋅ M 0 M M 2 dt dt eff αγ eff M d = −γ M × H − M× M×H −α 2 M dt
什么是磁共振相关介绍（2）
什么是磁共振相关介绍(2)下面分别介绍几种主要的磁共振。
铁磁共振铁磁体中原子磁矩间的交换作用使这些原子磁矩在每个磁畴中自发地平行排列。
一般，在铁磁共振情况下，外加恒定磁场已使铁磁体饱和磁化，即参与铁磁共振进动运动的是彼此平行的原子磁矩(饱和磁化强度Ms)。
铁磁共振的这一特点引起的主要效应是：铁磁体的退磁场成为影响共振的一项重要因素，因此必须考虑共振样品形状的影响;铁磁体内交换作用场与磁矩平行，磁转矩为零，故对共振无影响;铁磁体内磁晶各向异性对共振有影响，可看作在磁矩附近的易磁化方向存在磁晶各向异性有效场。
在特殊情况下，例如当高频磁场不均匀时，会激发铁磁耦合磁矩系统的多种进动模式，即各原子磁矩的进动幅度和相位不相同的非一致进动模式，称为非一致(铁磁)共振。
当非一致进动的相邻原子磁矩间的交换作用可忽略，样品线度又小到使传播效应可忽略时，这样的非一致共振称为静磁型共振。
当非一致进动的相邻原子磁矩间的交换作用不能忽略(如金属薄膜中)时，这样的非一致共振称为自旋波共振;当高频磁场强度超过阈值，使共振曲线和参数与高频磁场强度有关时，称为非线性铁磁共振。
铁磁共振是研究铁磁体中动态过程和测量磁性参量的重要方法，也是微波磁器件(如铁氧体的隔离器、环行器和相移器)的物理基础。
亚铁磁共振亚铁磁体是包含有两个或更多个不等效的磁亚点阵的磁有序材料，亚铁磁共振是亚铁磁体在居里点以下的磁共振。
在宏观磁性上，通常亚铁磁体与铁磁体有许多相似的地方，亚铁磁共振与铁磁共振也有许多相似的地方。
因此，习惯上常把一般亚铁磁共振也称为铁磁共振。
但在微观结构上，含有多个磁亚点阵的亚铁磁体与只有一个磁点阵的铁磁体有显著的差别。
这差别会反映到亚铁磁共振的一些特点上。
这些特点是由多个交换作用强耦合的磁亚点阵中磁矩的复杂进动运动产生的，主要表现在：有两种类型的磁共振，即共振不受交换作用影响的铁磁型共振和共振主要由交换作用决定的交换型共振，在两个磁亚点阵的磁矩互相抵消或动量矩相互抵消的抵消点附近，共振参量(如g 因子共振线宽等)出现反常的变化，在磁矩和动量矩两抵消点之间，法拉第旋转反向。
反铁磁耦合双层膜纳米结构的自旋波本征特性
反铁磁耦合双层膜纳米结构的自旋波本征特性
郭晓;张光富
【期刊名称】《科技创新与应用》
【年(卷),期】2016(000)009
【摘要】采用微磁学模拟方法研究了反铁磁耦合双层膜纳米结构的自旋波本征特性，获得了局域化和量子化自旋波模式频率以及空间分布特点。
反铁磁耦合双层膜纳米结构的自旋波存在光学和声学模式两支，光学模式自旋波具有相对低的频率。
光学模式自旋波频率随着层间反铁磁耦合强度的增大而线性减小，声学模式自旋波模式频率不受层间耦合强度的影响。
【总页数】2页(P65-66)
【作者】郭晓;张光富
【作者单位】湖南师范大学附属中学，湖南长沙 410006;湖南城市学院通信与电子工程学院，湖南益阳 413000
【正文语种】中文
【相关文献】
1.椭圆纳米薄膜的自旋波本征特性研究
2.反铁磁耦合双层膜结构体系的磁滞回线相图研究
3.磁晶各向异性对反铁磁耦合纳米体系磁特性的影响
4.反铁磁耦合软磁/硬磁双层膜体系的交换弹性反磁化特性
5.反铁磁耦合纳米体系磁特性的微磁学研究
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以磁性材料中各向异性对波形的影响
・
收 稿 日期 ：０ １０ ７ ２ ０ ４２
作 者简介 ： 周文平 （ ９３ ， ， １ ７ ～） 男 内蒙古包头人 ，９ ９级硕士研究 生 １９
维普资讯
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内蒙古∑Ｄｎ［ （ ］ （） ） ｓｎ
周 文 平 ， 国 宝 云
（ 内蒙古大学理 工学院物理学 系， 内蒙 古 呼和 皓特 ０ ０ ２ ） １ ０ １
摘要 ： 研究了具有各向异性的双层磁性薄膜中自 旋波的本征值问题， 重点讨论了磁各向异性
对 自旋 波 波 形 的影 响，
关键 词 ： 自旋波｝ 各向异性 ； 双层磁性薄膜
中图分 类号 ： ４４ ４ 文 献标 识码 ： ０ ８．８ Ａ
旋算 符 在 Ａ和 Ｂ层 中分 别 为 Ｓ ） Ｓ （ ） 和 ｎ、
当考虑 自旋 轨道耦合时， 须引入各向异性交换作用． 假定系统为单轴铁磁系统， 则与各向异性交
换 作用 相对 应 的哈密 顿量 为“ ” “
疗 一∑Ｄ ｎ 。 ． ， （） （ ｓｎ ）
方向与系统的平均 自 旋方向间的夹角．
这 里 为 自旋波 的波 矢 ， 而
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磁性层状材料中的 自 旋渡激发是凝聚态物理中较为感兴趣的研究课题之一． 近年来， 人们对此种
材料 中的 自旋 渡谱 “ ， 散关 系 。， 色 自旋 波共 振 。 ， 自旋 波 的传 播性 质 “ 和 各 种 自旋 波 模 ｎ 能 带 一，
自旋电子学导论
3.8 相分离 ……………………………………………………………50 3.9 层状锰氧化物性质 ………………………………………………54 3.10 锰氧化物理论研究 ……………………………………………59
§4 钴氧化物的磁性和输运性质 ……………………………67
4.1 钴氧化物 CMR 效应的发现 ……………………………………67 4.2 晶体结构 …………………………………………………………68 4.3 电子结构与自旋态 ………………………………………………68 4.3 磁性和输运行为 …………………………………………………70
图 1－2 Fe/Cr 多层膜在 T＝4.2 K 时的磁电阻磁场关系。测量电流和磁场方向 都沿着层面（110）轴。[12]
克服反铁磁层间耦合而使相邻 Fe 层磁矩方向平行排列，而此时电流方向平行于
4
膜面的电阻率下降至不加外磁场（即相邻 Fe 层磁化矢量反平行排列）时的一半， 磁电阻值 MR（%）=Δρ/ρHs=(ρ0-ρHs)/ ρHs 高达 100%，其值较人们所熟知的 FeNi 合金各向异性磁电阻效应约大一个量级，故命名为巨磁电阻效应（GMR），如图 1－2 所示。更新的结果表明（Fe/Cr）超晶格的磁电阻效应在低温 1.5K 甚至还可 以更高至 220% [13]。GMR 是否是单晶（Fe/Cr）超晶格所独具的特性？此后不 久 Parkin 等人发现用较简单的溅射方法制备的多晶 Fe/Cr/Fe 三层膜和（Fe/Cr） 多层膜同样有巨磁电阻效应 [14，15]，其中后者在室温和低温 4.2K 的 GMR 值 分别为 25%和 110%。在随后的几年中，以 Parkin 为杰出代表的世界各国物理学 工作者发现在各种铁磁层（Fe，Ni，Co 及其合金）和非磁层（包括 3d、4d 以 及 5d 非磁金属）交替生长而构成的磁性多层膜中，许多都具有巨磁电阻效应[16 －19]，其中尤以多晶（Co/Cu）多层膜的磁电阻效应最为突出，在低温 4.2K 和 室温时的 GMR 值分别为 130%和 70%，所加饱和磁场约为 10kOe [20，21]。 （Co/Cu）多层膜室温的 GMR 远大于多晶（Fe/Cr）多层膜的值，也大于大多数 由铁磁合金和非磁元素组成的多层膜的值，仅在一定 Fe 含量的（CoFe/Cu）多 层膜中，其磁电阻值比（Co/Cu）多层膜的有所增加 [22]。
强关联材料中的自旋轨道耦合
强关联材料中的自旋轨道耦合自旋轨道耦合是固体材料中的一个重要概念，特别是在强关联材料中。
它描述了自旋和电子轨道角动量之间的相互作用，对于解释许多固体材料的奇特性质具有重要意义。
本文将探讨强关联材料中的自旋轨道耦合。
1. 自旋和轨道角动量在固体材料中，电子既有自旋，也有轨道角动量。
自旋是电子的内禀属性，可用自旋量子数（up或down）来描述。
轨道角动量则是电子在其静电场中的运动而产生的。
自旋和轨道角动量都是电子的关键属性，而自旋轨道耦合描述的正是它们之间的相互作用。
2. 自旋轨道耦合的起因自旋轨道耦合的起因是电子在原子核产生多极静电场时的运动。
这个多极静电场会将电子的轨道角动量引向同一方向，从而与自旋产生耦合。
不同轨道角动量和自旋角动量之间的耦合强度取决于具体的材料和电子结构。
3. 自旋轨道耦合的效应自旋轨道耦合对固体材料的性质产生了广泛的影响。
它可以导致磁结构的变化、交叉耦合效应的出现，以及一系列在强关联材料中观察到的量子现象。
其中一个著名的例子是自旋轨道耦合导致的拓扑绝缘体的出现。
4. 在强关联材料中，自旋轨道耦合通常更加明显和重要。
这是因为强关联材料的电子结构具有更强的相互作用，导致了更复杂的自旋和轨道耦合效应。
这些耦合效应可以改变材料的电子输运性质、磁性质以及其他许多性质。
5. 自旋轨道耦合的研究方法研究自旋轨道耦合的方法主要包括实验观测和理论计算。
实验观测可以使用各种表征材料性质的技术，如X射线衍射、核磁共振等。
理论计算方面，量子化学计算和密度泛函理论是常用的方法之一，可以预测和解释材料中的自旋轨道耦合效应。
结论自旋轨道耦合在强关联材料中具有重要的作用，它是解释和理解固体材料中奇特性质的关键之一。
随着对自旋轨道耦合的深入研究，我们将不断发现更多新材料和现象，有望在能量转换、信息存储和量子计算等领域带来重大突破。
多晶及单晶薄膜铁磁共振线宽研究（ＰＤＦ）
东南大学硕士学位论文多晶及单晶（超）薄膜铁磁共振线宽研究姓名：***申请学位级别：硕士专业：凝聚态物理指导教师：***20050325第二章基本实验方法及测量娘理蒸发出来）加热使原料蒸发或升华，把被沉积的原料转变为气态，气相原子或分子穿过真空空间，到达位于加热源上方的衬底表面，在衬底表面上原子或分子重新排列或他们之间的键合发生变化，凝结成膜。
如果衬底是“冷”的，衬底表面俘获的原子或分子没有足够的能量在衬底上移动形成有序结构，很有可能形成非晶薄膜。
升高衬底温度，可以促进薄膜的结晶。
在１０１Ｐａ超高真空下以每秒０．１～１ｒｉｍ的慢沉积率蒸发镀膜称为分子柬外延技术（ＭｏｌｅｃｕｌａｒＢｅａｍＥｐｉｔａｘｙ，简称ＭＢＥ），因为这时薄膜可以在适当的单晶基片上外延生长（薄膜的晶体结构和基片晶体结构保持严格的位向关系）。
所以分子束外延技术能够在单晶衬底上制备厚度仅为原子层量级的高纯完整单晶薄膜。
一般分子柬外延设备中有二至三个电子束蒸发源，可以分别控制蒸发率以获得成分均匀的合金膜；还可以周期性地改变膜的成分制各超晶格材料。
分子柬外延设各同时还配备有俄歇电子能谱仪、反射高能电子衍射仪等表面分析装置，以便随时观察表面成分和表面晶格结构。
外延磁性单晶薄膜的分子柬外延设备还会配各磁光Ｋｅｒｒ回线测量装置以监测磁性的变化。
２．１．３溅射法制备多晶薄膜及多层膜众所周知，溅射现象源于阴极表面的气体辉光放电，溅射料呈板材作为阴极，基片置于阳极附近，高真空状态下放入工作气体（一般为氩气），在处于ｌ－－０．１Ｐａ的低工作气压中，在两极上施加０．１．一ｌＯｋＶ的电压，使工作气体原予电离成等离子体，从而产生具有高离子浓度图２，２溅射原理图的辉光放电区，等离子体中的正离子在电场作用下轰击阴极的靶材。
与靶表亟原子和原子团交换能量，使之飞溅出来，沉积到基片表面形成薄膜，故称此镀膜方法为溅射法［３］。
溅射几乎可以用来沉积任何固体材料的薄膜，所得膜层致密、纯度高、与基片附着牢固。
双量子阱中有自旋轨道耦合的场助电子共振隧穿
２
（ ） ２
＾ ＾ 上式中 ， 由于在势垒 、 势 ｋ σ σ γ 是自旋轨道耦合系数 ， ｘ， ｘ 和ｋ ｙ 是泡利矩阵 ， ｙ 是电子平面波矢ｋ∥ 的分量 ． 导带电子都存在 Ｄ 但 在 势 垒 区 域， 自旋轨道耦合相对于势阱区域 阱区域 ， ｒ ｅ ｓ ｓ ｅ ｌ ｈ ａ ｕ ｓ自 旋 轨 道 耦 合，
第３期
胡丽云等 ： 双量子阱中有自旋轨道耦合的场助电子共振隧穿
３ ８ ５
） ） ｉ ｚ， ｔ ＝＾ ｚ， ｔ Ｈ ±Φ± （ Φ± （ ｔ
） 电子的波函数 Φ± （ 为： ｚ， ｔ
（ ） ７
） ） （ （ ） ｚ， ｔ ＝ ｚ， ｔ ｅ ｘ ｉ ｋ∥ · ８ Φ± （ ｐ χ±ψ± （ ρ） ， ） 其中ρ＝ （ 表示平行于势阱平面的矢量 ． 将方程 （ 和（ 代入方程 （ 得到势阱区域关于 ψ± （ ｘ， ６） ８） ７） ｚ， ｔ ｙ） 的方程 ：
摘要 研究在自旋轨道耦合和周期振动场的作用下 ， 电子隧穿双量子阱结构的透射系数和自旋极化率． 通过数值计算发现 ： 隧穿后电子的自 旋 简 并 消 除 ， 得 到 与 自 旋 相 关 的 共 振 峰． 电子隧穿宽势阱时出现对称的 而隧穿窄势阱时出现不对称的 Ｆ 研究也发现通过调节入射能量和中间势垒 Ｂ ｒ ｅ ｉ ｔ ｉ ｎ ｅ ｒ共振峰 ， ａ ｎ ｏ 共振峰 ． －Ｗ ｇ 的宽度 ， 可以改变共振峰的振幅和位置 ． 利用这个原理可以设计可调的自旋过滤器 ， 实现对自旋的调控 ． 隧穿几率 ； 自旋极化率 关键词 自旋轨道耦合 ； ４ ７ 文献标志码 Ａ 中图分类号 Ｏ
± ± ±／ Ｖ１ －ｉ （ ， （ ， ｚ ｚ Ｉ Ｉ Ｉ Ｖ） ± ｉ Ｉ Ｉ Ｉ Ｖ） ± － Ｅ ｔ ｑ ｑ ｍ ｍ ｎ ｚ ［ ］ （ ／ ） ａ ｅ ＋ ｂ ｅｉ Ｊ ｅ ｅ ｘ ｉ ｋ∥ · ｉ Ｅ± １ １ ）（ ｐ ｍ ｍ ｎ－ｍ ∥ｔ ρ－ ω ｎ＝－∞ｍ＝－∞ ± ± ± 上式中 ， 是一阶贝塞尔函数 ， Ｊ（ ｘ） ａ ｂ ｍ， ｎ 都是整数 ， ｑ ｎ－ｍ）（ ｍ ， ｍ 是常系数 ， ｍ 满足 ：
《双层铁磁系统中交换耦合式自旋动力学研究》范文
《双层铁磁系统中交换耦合式自旋动力学研究》篇一一、引言近年来，双层铁磁系统因其独特的物理特性和潜在的应用价值，吸引了众多科研工作者的关注。
特别是在这种系统中的交换耦合式自旋动力学研究，更成为磁学和自旋电子学领域的热点研究课题。
双层铁磁系统涉及两层或多层铁磁材料间的相互作用，包括直接或间接的磁交换耦合以及电子的自旋动力行为等。
这种系统因其能够操控和调制自旋的微观状态而具有重要的科研和实际意义。
二、自旋动力学的理论基础在理解双层铁磁系统中交换耦合式自旋动力学之前，我们首先需要掌握自旋动力学的理论基础。
自旋动力学是研究电子自旋在外磁场中的运动和相互作用的科学。
自旋作为电子的基本属性，它能够通过在微观层面上与外界环境（如其他自旋或磁性材料）的相互作用而展现各种复杂的现象。
特别是，当电子自旋被操控和交互时，会在微观层面引发磁畴结构的变化和复杂的动力学过程。
三、双层铁磁系统的交换耦合机制在双层铁磁系统中，磁学性质的呈现源于材料间发生的各种磁相互作用，尤其是交换耦合效应。
这种交换耦合是由两种铁磁材料间的电子自旋相互作用引起的，其本质是电子的交换相互作用。
这种相互作用可以导致两层铁磁材料间的磁化方向趋于一致或反平行排列，从而影响系统的总能量状态和宏观性质。
同时，材料之间的相对间距、结晶度和结构缺陷等都会影响这种交换耦合强度。
四、双层铁磁系统中自旋的动力学过程在双层铁磁系统中，自旋的动力学过程是通过自旋进动、反转以及其它相关的微观机制来体现的。
由于存在不同的外磁场和内场（如退磁场、晶界磁场等），使得系统中的电子自旋在外加驱动下会发生持续的运动变化，导致不同的宏观行为（如巨磁阻效应等）。
另外，不同的自旋排列（如不同位向的自旋波）也可能在系统中传播并相互影响，形成复杂的自旋结构。
五、研究方法与实验结果为了研究双层铁磁系统中交换耦合式自旋动力学，科研人员采用了多种实验方法和技术手段。
例如，利用扫描隧道显微镜（STM）观察微观的磁畴结构变化；利用极化中子散射技术来研究自旋波的传播和相互作用；以及利用超导量子干涉仪（SQUID）来测量系统的宏观磁性能等。
自旋Seebeck效应研究进展
Material Sciences 材料科学, 2014, 4, 175-190Published Online September 2014 in Hans. /journal/ms/10.12677/ms.2014.45026Recent Progress in Spin Seebeck EffectJiansen Zheng, Jincheng Zheng*Department of Physics, School of Physics and Mechanical & Electrical Engineering, Xiamen University, Xiamen Email: *jczheng@Received: Jul. 14th, 2014; revised: Aug. 12th, 2014; accepted: Aug. 20th, 2014Copyright © 2014 by authors and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY)./licenses/by/4.0/AbstractSpin Seebeck effect, as an emerging field of spintronics, refers to the phenomenon that under spe-cific conditions, on the contact interface between a non-magnetic metal material with strong spin- orbit coupling and a ferromagnetic insulator or other candidates, there will occur a temperature gradient induced spin injection crossing the boundary. The effect implements the conversion from heat to the spin current, and also this spin current can be transformed into the charge voltage with the help of the inverse spin Hall effect in a non-magnetic metal. We will firstly survey the recent experimental progress in this area, and then review the latest theoretical progress in spin Seebeck effect mechanism. In the final, we will discuss the possibility of its device applications, and give a perspective for the relevant theoretical and experimental research, pointing out that the applica-tion in future thermoelectric conversion remains challenging and some viable solutions are pro-posed.KeywordsSpin Seebeck Effect, Ferromagnetic Insulator, Magnon, Spin Pumping, Inverse Spin Hall Effect自旋Seebeck效应研究进展郑建森，郑金成*厦门大学物理与机电工程学院物理系，厦门Email: *jczheng@收稿日期：2014年7月14日；修回日期：2014年8月12日；录用日期：2014年8月20日*通讯作者。
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内蒙古大学学报 ( 自然科学版) A cta Scient iar um N at uralium U nivers itat is N eiM ongol
2004 Sep. V ol. 35 N o . 5
文章编号 : 1000- 1638( 2004) 05-0519-05
6〕 耦合的交换常数依赖性较大 ; 随着夹层厚度的变化, 磁性层间的交换耦合也在迅速地变化〔 . 在这一
方面, Puszkarski 对双层铁磁薄膜的自旋波进行了较为系统的研究, 层间耦合问题在此也得到了讨
7〕 8〕 论〔 . 接着 , 他又考虑了次近邻相互作用 , 这使得理论工作又进一步〔 . 后来 , 大量有关自旋波共振的 9～10〕 实验也相继证明了层间耦合的重要性〔 . 但他们的工作仅局限于对同种材料合成的双层铁磁薄膜
的研究 , 对不同材料合成的双层铁磁薄膜中层间耦合对波形及其共振的研究尚少 Puszkarski 的工作进行比较 .
〔 11～14〕
. 本文研究重
点在于从最简单的理论模型出发, 讨论层间耦合对双层铁磁薄膜波形演化及共振的影响, 并将之与
1 理论模型
考虑由 A , B 两层铁磁性薄膜通过界面交换作用构成的系统 . 如文〔 11 〕 , 将系统等效为一维自旋 链 , 只考虑垂直于界面方向的性质 . 在非周期性边界条件下 , 沿 - z 轴加强磁场, 忽略界面、 表面和体 内各向异性, 只考虑最近邻交换相互作用, 则哈密顿量
荣建红 , 云国宏 层间耦合对双层铁磁薄膜中自旋波共振禁闭模及共振的影响
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2 数值计算与结论
选取参数 J A = 1. 0, S A = 1, J B = 0. 5, S B = 0. 5, J A B = ± 2, N A = 31, N B = 15, g A = g B = 1, B = 4. 0 作 数值计算. 从而可得到 46 个解, 其中体模 25 支 , 完全禁闭模 20 支 , 界面模 1 支. 2. 1 色散关系 层间耦合对自旋波的色散关系有重要的影响 , 主要表现在对界面模的影响 . 即在铁磁性耦合下, 界面模为光学 - 光学模 , 能量最大; 而在反铁磁性耦合情况下 , 界面模为声学- 声学模 , 其能量最低, 详文见〔 13～ 14〕 .
图 1 自旋波波形演化 Fig. 1 T he spin w ave fo r ms fo r differ ent coupling constants
2. 2 波形演化 我们从层间耦合为铁磁性和反铁磁性两种情况下 , 来观察波形的演化过程 . 选取参数 J A B 分别为 - 2、 - 0. 2、 0、 2 四种情况进行讨论 . 从图 1, 我们得到一些结论 : ( 1) 无论层间以何性质耦合 , 体模波形 都成对称和反对称两种情形 , 且交替出现. ( 2) 铁磁性耦合时第一支模为体模 , 且在所有解中其能量最 低 ; 而对于反铁磁性耦合, 第一支模则为界面模 ( 声学—声学模) , 在所有解中它的能量最低. ( 3) 对于 双层非对称铁磁薄膜, 体模分为扩展模和共振禁闭模两种形式, 它们分别对应于 J A B = 2 所得到的第 1、 3、 5 支模和第 2 、 4、 6 支模 ; 而 P uszkarski 研究的双层对称薄膜中体模则只存在扩展模. ( 4) 交换作 用常数 J A B 越小, 波函数的连续性越差 , J A B ≈ 0 时, 两层厚度不同的薄膜在界面处无相互作用而完全 独立, 表现在波形上就是不连续 ; 交换作用常数越大 , 如: J A B = 2 时, 波在界面处可连续传播; 当界面 为反铁磁性耦合时 , 波函数在界面处的连续性发生变化 , 第 3、 5 支模接近连续, 但其它 4 支模均不连 续 , 原因在于不仅薄膜厚度对自旋波的性质有影响, 而且界面处的耦合性质对其也有较大的影响 . 这 与 P uszkarski 得到的结论基本是一致的 . 此外 , 从图还可看出在铁磁性耦合情况下的共振禁闭模对 应于反铁磁性耦合情况下的扩展模; 反之亦然. 2. 3 共振谱 数值计算结果表明 : 层间耦合对各支模的共振谱也有着极其重要的影响 . 2. 3. 1 体模共振谱 在体模共振谱中 ( 横坐标代表模数, 纵坐标代表共振强度 ) , 从第十七支模开始
关键词: 层间耦合; 铁磁性薄膜; 自旋波; 共振谱 中图分类号: O 483. 4 文献标识码 : A 近年来 , 由于人们期待从层状磁性薄膜中获得一些新性质, 进而能在实践中得以应用 , 因此磁性 多层材料越来越吸引着众多的研究者 . 在理论上人们对薄膜中的自旋波本征模、 色散关系及其共振进
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内蒙古大学学报 ( 自然科学版 )
2004 年
共振峰值发生了微小的变化 , 但对整个共振谱线的基本趋势没有太大的影响, 均成衰减型 . 层间铁磁 性耦合时体模的共振峰值大于层间反铁磁性耦合时体模的共振峰值 . 图 2( a ) 为铁磁性耦合下体模的 共振谱线 , 第一支模的共振峰值最大, 第二支模次之 , 从第二支模开始, 共振峰值大小交替出现 ; 图 2 ( b) 为反铁磁耦合情况下体模共振谱, 第一支体模峰值是最大的, 后面几支模峰值的大小同样也是交 替出现 . 根据我们所选参数计算 , 可看出铁磁性耦合比反铁磁性耦合的共振峰值大将近十倍, 即所加 交变场较小时 , 层间铁磁性耦合更易发生共振.
可导出波函数 f ( n) 满足的本征方程为 f ( n) = J ( n, n + 1) S ( n + 1) [ f ( n) - f ( n + 1) ] + J ( n , n - 1) S ( n - 1) [ f ( n ) - f ( n - 1) ] + 其中 为相对于参考态的激发能 , 本征态的能量为 E = E0 + 引入界面参数 R , 有 R f A ( N A ) = f B ( N A + 1) ( 9) 从而可将耦合方程 ( 8) 分解为两个相互独立的均匀子系统, 进而可以得到其严格解 . 设两层膜中的波 函数分别为 f A ( n) = D ! [ exp( - ink A ) - ∀ A ex p( ink A ) ] 1 n NA n N
J A SA ( J AB SB
- 1
( 15)
此外 , 若在平行于膜面的方向上加均匀交变磁场 Hp cos#t, 则在 ( 1) 式中还应该加上由交变场引 起的作用项, 得共振峰值由 I m o = H p 确定, 详文见〔 12〕 , 这里不在赘述 . f m( n)
2
( 16)
第5期
B exp( ink B ) ] N A + 1 f B ( n ) = D [ ex p( - ink B ) - ∀ 0
Bg ( n ) f ( n )
( 8)
( 10)
k A , k B 分别为两层中的自旋波准动量, D 为归一化常数 . 将 ( 10) 代入本征方程 ( 8) 式, 得系统的严格 1 )] 2 1 f B ( n ) = D cos[ k B ( n - N A - N B )] 2 k A , k B 的值由能量约束方程 解 . 可求得 f A ( n) = D ! 0 cos[ k A ( n = 2J A S A ( 1 - cos k A ) + 和界面参数方程 R = 确定, 这里 而波函数的振幅系数比为 ! 0 = cos( k B ( N B 1 1 ) ) / ( R cos( k A ( N A ))) 2 2
图 2 层间铁磁耦合 ( a) 和反铁磁耦合 ( b ) 体模共振谱 ( 插入图分别为 2 ～ 25 和 3～ 25 支体模的共振谱 ) Fig . 2 T he r esonant spectr a of bo dy modes with ( a) ferr omag netic and ( b ) antifer r omeg net ic coupling
层间耦合对双层铁磁薄膜中自旋波 共振禁闭模及共振的影响
荣建红 , 云国宏
( 内蒙古大学物理系 , 呼和浩特 010021) 波形 摘要 : 对双层铁磁薄膜构成的系统, 考虑界面铁磁性和反铁磁性耦合对自 旋波色散关系、 演化及共振 的影响 . 结果 表明 : 层间 耦合对自旋波的共 振影响较大 , 即层间铁 磁性耦合比 反铁 磁性耦合更易发生共振 .
2 n i 0
( 11a) ( 11b) B g B( n ) ( 12) ( 13) ( 14)
Bg A ( n ) = 2J B S B ( 1 - cos k B ) +
A
0
J B SB ( B - 1) J AB SA 1 1 = cos( k i ( N i + 2 ) ) / cos( k i ( N i - 2 ) ) i = A , B 1+ - 1) = 1+
0
Bg ( n ) S ( n)
( 4)
为简单起见, 我们考虑只有一个自旋翻转的状态 , 体系的本征态可设为 〉 =
n= 1 +
f ( n) S + n m〉
( 5)
其中 f ( n) 是第 n 个格点自旋处于 S n m 〉 态的几率幅 , 此时令 f ( n) = 由 H f A ( n) 1 〉 = E n ) NA n N 〉 f B ( n ) N A + 1 〉 = (E0 + ( 6) ( 7)
1～ 3〕 行了大量的研究 , 得出一些有意义的结论 〔 . 在实验上他们发现由于层间反铁磁耦合 , 磁性材料显 4～ 5〕 示出较强的巨磁阻效应 , 提高了磁盘的存储能力 〔 , 已得到应用. 此外 , 一些作者还分别从理论和实
验上讨论了夹层交换耦合对双层磁性薄膜中自旋波谱的影响, 发现双层薄膜中自旋波谱对夹层交换
2004 年
J A > 0 1 J ( n, n + 1) =