Exchange bias

요약

exchange anisotropy라고 도불리는데 magnetic material의 bilayer(multilayer)에서 발생한다. 투자가 잘 안되는 antiferromagnetic thin film이 투자가 잘되는 feromagnetic film의 curve를 변화시키는 것을 말한다.

정의상 가정	magnetic material_AFM(antiferromagnetic), FM(ferromagnetic), paramagnetic, diamagnetic
내용상 가정
공식
단위
응용

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자성물질에는 ferromangnetic이라는 강자성물질이 있고 antiferromagnetic이라는 반강자성물질이 있습니다.

이 두가지 물질을 접합하면 어떻게 될까요??

아무일도 일어나지 않습니다.

조금 디테일하게 강자성체 위에 반강자성체 물질에 FM이 saturated될 정도의 큰 자기장을 걸어주면서 성장시키면 굉장히 신기한 일이 발생합니다.

바로 다음 그림과 같이 magnetization curve가 x축을 기준으로 이동합니다.

이때 이동한 정도를 exchange bias field HEB라 합니다.

다시말해 AFM의 자기장 영향으로 FM에 외부자기장이 걸린것같은 효과를 내는 것입니다.

이는 스핀세차운동토크(spin precession torque)에서 자화의 운동방정식(Landau-Lifshitz-Gilbert, LLG)_스핀 감쇠(spin damping)으로 직관적으로 생각될 수 있습니다.

이때 shift하는 정도가 FM layer의 두깨에 엄청나게 영향을 많이 받는데,

과 같습니다.

다시말해 interface에서만 일어나는 효과라 볼 수 있지만, 계면 구조의 영향을 많이받아 아주얇을때는 적용이 또 되지 않습니다.

반면 AFM의 두께는 얇을 수록 큰 Exchange Bias effect를 줍니다.

이때 K와 J는 FM과 AFM의 exchange coupling입니다. 

추후 더 정확한 물리적 설명과 공식을 추가하겠습니다.

읽어주셔서 감사합니다!