[发明专利]一种具有反铁磁层间耦合的磁性多层膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及磁性材料领域，尤其涉及一种具有反铁磁层间耦合的磁性多层膜及其制备方法。

背景技术

层间交换耦合现象是指在磁性多层膜中，根据中间层材料厚度的不同，各磁性层的磁化强度能实现平行或者反平行耦合。1986年法国科学家阿尔贝·费尔和德国科学家彼得·格林贝格尔相继在Fe/Cr多层膜中观察到反铁磁层间耦合行为，且发现利用磁场改变该体系的磁化构型时能引起电阻显著的变化，即所谓的巨磁电阻效应(GMR)，该效应来源于界面处与自旋相关的电子散射，目前已被广泛应用于当前的硬盘读写技术中。

早期的研究中，中间层材料均为过渡金属，且实验发现大多数的过渡金属都能实现此种反铁磁耦合，只是反铁磁耦合强度和磁阻行为随过渡金属的不同而有所差异。

2002年《物理评论快报》(Phys.Rev.Lett.89,107206(1)-(4),2002)报道，利用绝缘MgO作为中间层材料，当其厚度薄于1nm时，Fe磁性层之间能实现清晰的反铁磁耦合。该耦合是通过自旋极化的量子隧穿实现的，区别于过渡金属中的RKKY振荡型耦合作用，并由此产生了另外一种磁阻行为即隧穿磁阻；2004年《科学材料》(NatureMater.3.868(1)-(4),2004)报道，在Fe/MgO/Fe隧道结中获得了室温下180％的巨大隧穿磁阻效应，较之前的GMR要大一个数量级，这使其在提升当前硬盘的读写性能上有着巨大潜力。但由于铁磁层与势垒层之间结构上的差异，以至于很难实现真正意义上的外延生长，大量缺陷的产生在一定程度上限制了其实际应用。

2008年《物理评论快报》(Phys.Rev.Lett.101,237202(1)-(4),2008)报道，利用稀磁半导体Ga_0.97Mn_0.03As作为磁性层，用Be掺杂的GaAs作为中间层时观察到反铁磁层间耦合，而用未掺杂的GaAs作为中间层时，该反铁磁耦合消失。因此认为该反铁磁层间耦合是由Be掺杂所引入的载流子作为媒介实现的。该多层膜体系的优势在于二者具有非常类似的晶体结构，故能得到结构优良的多层膜样品。然而稀磁半导体较弱的铁磁性使其很难得到实际应用。

钙钛矿锰氧化物中接近100％的自旋极化率使其作为隧道结磁性电极时有着极为出色的表现，然而此类器件通常制成自旋阀式的结构，用反铁磁层固定住底电极的磁化方向，通过外场改变上电极的磁化来控制两铁磁层磁化的相对取向。该结构需要外加底部的反铁磁钉扎层，使器件结构较为复杂。

综上，目前，对于反铁磁层间耦合的研究主要集中在过渡金属领域，对于其它材料的研究鲜有涉及。然而过渡金属氧化物中复杂的电子关联赋予了其十分丰富的物理性能，有望在未来的电子器件中大有可为。但是，如何得到基于过渡金属氧化物的且零场下能实现铁磁层之间反铁磁层间耦合的磁性多层膜一直未能有所突破。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种具有反铁磁层间耦合的磁性多层膜及其制备方法，本发明提供的具有反铁磁层间耦合的磁性多层膜不仅能够很好的外延生长，而且能够实现零磁场下两铁磁层间的反铁磁耦合。

本发明提供了一种具有反铁磁层间耦合的磁性多层膜，包括：

衬底，

在所述衬底上依次叠加势垒层和磁性层，且重复叠加势垒层和磁性层，得到具有反铁磁层间耦合的磁性多层膜；

其中，所述势垒层的势垒材料为CaRu_0.5Ti_0.5O₃，

所述势垒层的层数为N，N≥3；

所述铁磁层的铁磁材料为钙钛矿型过渡金属氧化物，

所述磁性层的层数为N-1。

优选的，所述势垒层的厚度为0.8～1.8nm。

优选的，所述磁性层的厚度为2.4～3.2nm。