一种具有反铁磁层间耦合的磁性多层膜及其制备方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]2002 年《物理评论快报》(Phys.Rev.Lett.89，107206 (I) - (4)，2002)报道，利用绝缘MgO作为中间层材料，当其厚度薄于Inm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。但由于铁磁层与势皇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。
[0005]2008 年《物理评论快报》(Phys.Rev.Lett.101，237202 (I) - (4), 2008)报道，利用稀磁半导体Gaa97MnatwAs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。
[0006]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。
[0007]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】
[0008]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。
[0009]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:
[0010]衬底，
[0011]在所述衬底上依次叠加势皇层和磁性层，且重复叠加势皇层和磁性层，得到具有反铁磁层间耦合的磁性多层膜；
[0012]其中，所述势皇层的势皇材料为CaRua5Tia5O3,
[0013]所述势皇层的层数为N，N彡3 ;
[0014]所述铁磁层的铁磁材料为钙钛矿型过渡金属氧化物，
[0015]所述磁性层的层数为N-1。
[0016]优选的，所述势皇层的厚度为0.8?1.8nm。
[0017]优选的，所述磁性层的厚度为2.4?3.2nm。
[0018]优选的，所述衬底用衬底材料为NdGaO3' (LaAlO3)a3 (Sr2AlTaO6)。.7、SrT13,LaAlOl^ DyScO 3。优选的，所述|丐钛矿型过渡金属氧化物为LaQ.67Caa33Mn03、Laa7SrQ.3Mn03、Laa7Baa3MnOl^ Nd a7Sra3Mn03。本发明还提供了一种具有反铁磁层间親合的磁性多层膜的制备方法，包括:
[0019]在衬底上依次沉积势皇层和磁性层，且重复沉积势皇层和磁性层，得到沉积后的磁性多层膜；
[0020]其中，所述势皇层的势皇材料为CaRua5Tia5O3;
[0021]所述势皇层的层数为N，N彡3 ;
[0022]所述铁磁层的铁磁材料为钙钛矿型过渡金属氧化物，
[0023]所述磁性层的层数为N-1 ;
[0024]将沉积后磁性多层膜退火，得到具有反铁磁层间耦合的磁性多层膜。
[0025]优选的，所述1丐钛矿型过渡金属氧化物为La0.67Ca0.33Mn03、La0.7Sr。.3Μη03、La0.7Ba。.3Μη03或 Nd α 7Sr。.3Μη03。
[0026]优选的，所述沉积的氧压为20?40Pa。
[0027]优选的，所述退火的温度为680?735 °C。
[0028]优选的，势皇材料CaRua5Tia5O3的制备方法为:
[0029]将CaO、仙02和T1 2粉末按照Ca元素、Ru元素和Ti元素的化学摩尔比2:1:1混合煅烧，得到势皇材料。
[0030]与现有技术相比，本发明提供了一种具有反铁磁层间耦合的磁性多层膜，通过将CaRua5Tia5O3作为势皇材料，将钙钛矿型过渡金属氧化物作为铁磁材料，使得制备得到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，且在零场下能实现铁磁层之间反平行耦合，与目前自旋阀式结构相比，无需底层反铁磁层的钉扎，这对简化隧道结的结构有着重要意义；并且该多层膜中铁磁层的翻转对外场的改变十分敏感，可以通过磁场来控制铁磁层之间的磁化构型，有利于其在磁性隧道结中的应用。
【附图说明】
[0031]图1为本发明实施例1和实施例2制备的磁性多层膜的结构示意图；
[0032]图2a为本发明实施例1提供的磁性多层膜的X射线θ-2 Θ线扫描图；
[0033]图2b为本发明实施例1提供的磁性多层膜的衍射面为正交(116)的X射线倒易空间扫描图；
[0034]图3为本发明实施例1提供的磁性多层膜的磁化强度随温度的变化关系图；
[0035]图4为本发明实施例1提供的磁性多层膜在50K时磁化强度随磁场的变化关系图；
[0036]图5为本发明实施例1提供的磁性多层膜在整个温区磁化强度随磁场的变化关系图；
[0037]图6为本发明实施例2提供的磁性多层膜在100K时磁化强度随磁场的变化关系图。
【具体实施方式】
[0038]—种具有反铁磁层间耦合的磁性多层膜，包括:
[0039]衬底，
[0040]在所述衬底上依次叠加势皇层和磁性层，且重复叠加势皇层和磁性层，得到具有反铁磁层间耦合的磁性多层膜；
[0041]其中，所述势皇层的势皇材料为CaRua5Tia5O3,
[0042]所述势皇层的层数为N，N彡3 ;
[0043]所述铁磁层的铁磁材料为钙钛矿型过渡金属氧化物，
[0044]所述磁性层的层数为N-1。
[0045]按照本发明，所述衬底用衬底材料优选为NdGa03、(LaAlO3)。.3(Sr2AlTaO6)。.7、SrT13, LaAlO3S DyScO 3，更优选为制6&03单晶基片，更优选为晶面取向为[001]方向的NdGa03单晶基片；所述|丐钛矿型过渡金属氧化物优选为LaQ.67CaQ.33Mn03、Laa7SrQ.3Mn03、Laa7Baa3MnO3或Nd 0.7Sr0.3Mn03,更优选为Laa67Caa33MnO3;所述衬底的厚度优选为0.3?
0.6mm,更优选为0.4?0.5mm ;所述势皇层的厚度优选为0.8?1.8nm，更优选为1.0?
1.6nm，最优选为1.2?1.4nm ;所述磁性层的厚度优选为2.4?3.2nm，更优选为2.6?3nm ;最优选为2.8?2.9nm ;所述势皇层的层数优选为3彡N彡50，更