Các màng mỏng từ liên kim loạ
6.4.1. T−ơng tác trao đổi giữa hai lớp kim loại chuyển tiếp sắt từ thông qua lớp đệm không từ tính t−ơng
tiếp sắt từ thông qua lớp đệm không từ tính - t−ơng tác trao đổi dạng dao động
T−ơng tác trao đổi giữa các lớp từ tính thông qua một lớp đệm bằng kim loại không từ tính th−ờng đ−ợc khảo sát trong các màng mỏng đa lớp loại {TM(tF)/TNM(tnm)}n trong đó TM là kim loại chuyển tiếp sắt từ T = Fe, Co, Ni và các hợp kim của chúng với độ dày tF, TNM là các kim loại quý nh− Cu, Ag, Au hoặc các kim loại chuyển tiếp không từ tính nh− Cr, Mo, Ru, Re,
Ir,... với độ dày tnm. Trong tr−ờng hợp các màng mỏng có chất l−ợng tốt, sự thay đổi của c−ờng độ t−ơng tác trao đổi giữa hai lớp kim loại từ tính A12 theo độ dày lớp đệm tnm có dạng dao động tắt dần nh− đ−ợc minh họa trên hình 6.7 cho các màng mỏng đa lớp {Ni80Co20/Ru/Ni80Co20}. Chu kỳ của các dao động này chỉ vào khoảng vài lớp nguyên tử (≤ 1 nm). Tuỳ theo chiều dày tnm, sự định h−ớng tự phát từ độ trong hai lớp sắt từ hoặc là song song (t−ơng tác sắt từ) hoặc là phản song song (t−ơng tác phản sắt từ).
Liên kết từ kiểu nh− vậy gây nên một sự phân cực của các điện tử trong lớp kim loại không từ tính (đặc biệt ở gần bề mặt tiếp xúc với lớp từ tính). Trong các vật liệu dạng khối, chúng ta đã thấy rằng một tạp chất từ (ví dụ nh− Mn, xem ch−ơng III) trên nền của kim loại Cu có thể làm phân cực các điện tử dẫn của Cu ở lân cận ion Mn. Lúc đó mật độ trạng thái của các điện tử có spin thuận (↑) và spin nghịch (↓) ở xung quanh tạp chất từ sẽ không bằng nhau gây nên sự phân cực spin. Sự phân cực này dao động với vectơ sóng 2kF (kF là vectơ sóng Fermi). Nếu tính theo khoảng cách r từ tâm tạp chất, sự dao động của c−ờng độ t−ơng tác đó sẽ giảm theo quy luật 1/r3 t−ơng tự nh− t−ơng tác RKKY đã trình bày ở ch−ơng IV. Nếu một tạp chất từ khác định xứ ở trên một khoảng cách nào đó thì t−ơng tác giữa các điện tử dẫn của Cu và tạp chất thứ hai này sẽ quy định định h−ớng của từ độ của hai tạp chất từ. Sự định h−ớng đó là song song hoặc phản song song tuỳ thuộc vào khoảng cách giữa chúng. Trong các màng mỏng đa lớp, cơ chế t−ơng tự cũng đã đ−ợc áp dụng: sự phân cực có tính dao động của các điện tử trong lớp đệm không từ tính đ−ợc cảm ứng bởi các nguyên tử từ tính nằm gần các lớp giao diện TM/TNM.
Hình 6.7. Sự dao động của t−ơng tác trao đổi ATT theo chiều dày tRu trong các màng mỏng ba lớp {Ni80Co20/ Ru (tRu)/Ni80Co20} [6.6]
Sự dao động của t−ơng tác trao đổi TM-TM theo khoảng cách của lớp đệm cũng đã đ−ợc quan sát trong các hệ màng mỏng với các đất hiếm nh− {Gd/Y} [6.13] và {Dy/Y} [6.14].