[发明专利]一种调控反铁磁薄膜材料的磁矩排列的方法

说明书

一种调控反铁磁薄膜材料的磁矩排列的方法，属于信息存储及传感技术领域。对钛镍铌TiNiNb形状记忆合金基片进行预拉伸处理、表面抛光以及表面的氩离子轰击处理；然后，在上述TiNiNb记忆合金基片上沉积钽Ta/镍铁NiFe/铁锰FeMn/钽Ta多层膜；沉积完毕后，在真空环境下并同时施加磁场时，对其进行热处理最后，冷却至室温即可。其原理是：通过温控TiNiNb基底的逆马氏体相变产生显著的晶格应变作用在多层膜上，通过这种应变可以控制NiFe/FeMn界面处的交换弹簧结构，从而引起FeMn的Néel矢量转动，并有效调控FeMn的磁矩排列。本发明通过简单的温度控制就能实现对交换弹簧结构的调节，进而实现对FeMn磁矩排列的有效调控，具有制备简单、控制方便、能耗低、效率高、成本低等优点。

技术领域

本发明属于信息存储及传感技术领域，涉及上述领域中关键核心材料—反铁磁薄膜材料的磁矩排列的调控方法，特别是提供了一种通过应力调节铁磁/反铁磁界面的交换弹簧结构，进而调控反铁磁薄膜材料的磁矩排列的方法。

背景技术

与铁磁(FM)材料相比，反铁磁(AFM)材料具有很强的抗磁场干扰能力，不产生杂散场，拥有较小的阻尼因子因而表现出超快的自旋动力学，这些本征的优势使得AFM材料逐渐成为自旋电子器件中的核心功能材料，如反铁磁基存储电阻器、隧穿各向异性磁电阻器件等。然而，由于AFM材料对外界磁场的不敏感性，使得对其磁矩的有效控制成为反铁磁自旋电子学领域的关键问题，尽管国际上已发展了磁控(强磁场、场冷)、电控(电流或电场)、光控(热或电子激发、激光控制)等调控方法[Nanotechnology 29(2018)112001]。

晶格应变是改变材料晶体结构的一种有效方法，因而也为调控AFM磁矩开辟了新思路。目前，大多数研究工作都是通过应变直接调节AFM材料的晶体结构，如晶格常数、晶体取向或相成分等，进而调控其磁矩排列[Nat.Mater.18(2019)931；Nat.Nanotechnol.14(2019)131]，但已报道的应变调控方法只适用于部分特殊的材料，如具有大自旋-轨道耦合的Mn₂Au、不同磁相特征的FeRh合金，很难普适地应用于常用的AFM材料如FeMn、IrMn等。因此，如何采用其他机制的应变工程来实现AFM磁矩的控制，是发展反铁磁基自旋电子学和器件应用的关键问题之一。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种通过应力调节铁磁/反铁磁界面处的交换弹簧结构，进而调控反铁磁薄膜材料的磁矩排列的方法。

一种调控反铁磁薄膜材料的磁矩排列的方法，其特征为：对TiNiNb记忆合金基片进行预拉伸处理、表面抛光以及表面的氩离子轰击处理；然后，在上述TiNiNb记忆合金基片上沉积Ta/NiFe/FeMn/Ta多层膜；沉积完毕后，在真空环境下同时施加磁场时，对其进行热处理。

如上所述的调控反铁磁薄膜材料的磁矩排列的方法，具体步骤为：

(1)、对TiNiNb记忆合金基片进行预拉伸处理、表面抛光以及表面的氩离子轰击处理，所述的TiNiNb基片厚度为1.0～2.0mm，TiNiNb中Nb的掺入量为5％～10％；预拉伸量为10％～20％；抛光后的表面粗糙度0.5～2纳米；氩离子轰击电流为16～26mA，轰击时间为0.5～2分钟；

(2)、利用磁控溅射方法，在步骤(1)所述TiNi(Nb)基片上依次沉积Ta原子、NiFe原子、FeMn原子以及Ta原子，形成Ta/NiFe/FeMn/Ta多层膜结构，沉积薄膜时需要施加面内磁场100～1000Oe；溅射室的本底真空度1×10^-5～3×10^-5Pa，溅射时氩气压为0.3～0.8Pa；沉积得到的Ta缓冲层的厚度为NiFe层的厚度为FeMn层的厚度为Ta保护层的厚度为

(3)、在真空环境下并同时施加磁场时，对步骤(2)中得到的多层膜体系进行热处理。