Fyzikální ústav Akademie věd ČR

Tzv. výměnné předpětí („exchange bias“ = EB) [1] se projevuje jako posunutí magnetické izotermy spolu se vzrůstající koercivitou. Je způsoben výměnnou interakcí skrz rozhranní magneticky odlišně uspořádaných materialů (např. antiferromagnetu (AF) v kontaktu s ferri- nebo ferromagnetem (F)) a je velmi důležité pro vývoj nových silných magnetů, materiálů pro magnetický záznam, spinových ventilů a zařízení využívajících tunelový jev. Pro studium jevů výměnné anizotropie u tenkých filmů jsme si vybrali antiferomagnetický materiál na bázi uranu a to z důvodu silné spin-orbitální interakce a enormní magnetické anizotropie kterou vykazují některými sloučeniny na bázi aktinidů.

Pomocí reaktivního naprašování byla připravena série UO₂-Fe₃O₄ filmů, které se lišíly tloušťkou magnetitových vrstev. V případě dvojvsrtvy s Fe₃O₄ komponentou nejmenší tloušťky (90 Å) byl pozorován velmi silný EB jev přesahující 0.26 T [2]. Magnetická měření prokázala přítomnost pozoruhodně velkého EB při teplotách vyšších než je Néelova teplota přechodu pro UO₂ (T_N = 30.8 K). V rámci studia jsme nastínili původ tohoto jevu: uvažujeme zprostředkování EB jak silnou výměnnou interakcí mezi UO₂ a Fe₃O₄ tak EB uvnitř magnetitu (tvoří až 25% celkového EB na 5 K). EB uvnitř magnetitu může být způsoben tzv. „proximity efektem“ (PE) Fe₃O₄ na T_N kombinovaným s magnetickou anizotropií UO₂ přetrvávající nad spojitým magnetickým přechodem. Magnetické momenty magnetitu zůstávají zachycené ("pinned") až do 120 K což koreluje se změnou snadné osy magnetizace Fe₃O₄ spojené s Verweyovým přechodem. Kvalita vzorků, u nichž byl EB pozorován, byla kontrolována různými metodami, například ex-situ rezonančním rentgenovým rozptylem, konvenční rentgenovou difrakcí a transmisní elektronovou mikroskopií.

Fig. 1

Reference:
[1] W.H. Meiklejohn, C.P. Bean, Phys. Rev. B 102 (1956) 1413.
[2] E.A. Tereshina, Z. Bao, L. Havela, S. Danis, C. Kuebel, T. Gouder, R. Caciuffo, Exchange bias in UO₂/Fe₃O₄ thin films above the Néel temperature of UO₂ Appl. Phys. Lett. 105 (2014) 122405.