Полевые зависимости намагниченности и "обменный сдвиг" в ферро/антиферромагнитных системах. I. Модель двухслойного ферромагнетика

Abstract

Для качественного объяснения экспериментальных результатов исследования полевых зависимостей намагниченности в контактирующих ферро- и антиферромагнитных средах предложена модель, в которой тонкая ферромагнитная (ФМ) пленка на антиферромагнитной (АФМ) подложке состоит только из двух ферромагнитных слоев,-простейшая модель, допускающая пространственно-неоднородные состояния ФМ. В рамках этой точно решаемой модели показано, что существует область полей, в которой реализуется устойчивая неколлинеарная (скошенная) структура ФМ подсистемы. Ей соответствуют наклонные участки кривой зависимости намагниченности от поля M(H), не связанные с кинетикой процесса перемагничивания. В предложенной модели для систем с большой легкоплоскостной анизотропией процесс перемагничивания с учетом "обменного смещения" ("exchange bias") является строго симметричным по полю в условиях пренебрежения дополнительной слабой магнитной анизотропией ФМ в легкой плоскости. Учет этой анизотропии в легкой плоскости приводит к гистерезисному поведению кривой намагниченности и появлению полевой несимметрии зависимости M(H).

Для якісного пояснення експериментальних результатів дослідження польових залежностей намагніченості в ферро- і антиферомагнітних середовищах, що контактують, запропонована модель, у якій тонка феромагнітна (ФМ) плівка на антиферомагнітній (АФМ) подкладці складається тільки із двох феромагнітних шарів, — найпростіша модель, що допускає просторово-неоднорідні стани ФМ. У рамках цієї точно розв’язуваної моделі показано, що існує область полів, у якій реалізується стійка неколінеарна (скошена) структура ФМ підсистеми. Їй відповідають похилі ділянки кривої залежності намагніченості від поля M(Н), не пов’язані з кінетикою процесу перемагнічування. У запропонованій моделі для систем з великою легкоплощинною анізотропією процес перемагнічування з урахуванням «обмінного зсуву» («exchange bias») є строго симетричним по полю в умовах знехтування додатковою слабкою магнітною анізотропією ФМ у легкій площині. Урахування цієї анізотропії в легкій площині приводить до гістерезисного поводження кривої намагніченості й появі польової несиметрії залежності M(H).

To explain qualitatively the experimental data on magnetization field dependences in contacting ferro- and antiferromagnetic media, a simple model is proposed. In this model a thin ferromagnetic (FМ) film on an antiferromagnetic (AFМ) substrate consists of two FМ layers. This is the simplest model, which permits space-nonuniform FМ states. Using this integrable model it is shown that there exists a field domain with a stable noncollinear structure of the FМ subsystem to which corresponds the inclined portion of the magnetization dependence M(Н) not connected with the kinetics of the magnetization process. Under «the exchange bias» taken into account, the magnetization curve is symmetrical with field in FМ with a strong easy-plane anisotropy but without any account of a low additional magnetic anisotropy in this plane. This anisotropy leads to a histeresis of the magnetization dependence and its field asymmetry.