[发明专利]一种具有零场冷却交换偏置效应的磁性带材及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及到一种磁性材料，特别涉及一种具有零场冷却交换偏置效应的Mn₅₀CoNi_49-xΛl_x磁性带材及其制备方法，属于材料物理技术范畴。

背景技术

1956年，Meikleijohn和Bean首次在CoO(反铁磁材料)外壳覆盖的Co(铁磁材料)颗粒系统中观察到交换偏置现象。当系统加磁场通过反铁磁材料CoO的奈尔温度冷却到77K时，样品的磁滞回线沿冷却场方向反向偏离原点，并同时伴随着矫顽力的增加，当时把这个现象称之为交换偏置效应。其物理机制如下：当体系温度处于反铁磁材料的奈尔温度T_N和铁磁材料的居里温度T_C(T_N＜T＜T_C)之间时，体系中铁磁体处于磁有序状态，在磁场作用下其磁矩转到平行于外场的方向；而反铁磁体此时处于顺磁状态，其内部的磁矩是无序分布的。当系统在磁场下冷却到奈尔温度以下时，这时反铁磁体也进入磁有序状态。由于在铁磁一反铁磁界面处存在交换作用，界面处的反铁磁体原子磁矩将沿着铁磁体的磁矩方向平行或反平行地排列(取决于交换积分Jex)。这样就在界面处形成界面自旋钉扎层的过程。当外加磁场反转时，铁磁体的磁矩跟着外场反转，而对于反铁磁体，一般认为其各向异磁常数很大，界面处自旋磁矩不随外场变化。由于界面耦合作用，反铁磁体试图让铁磁体的磁矩仍然保持在原来冷却场的方向。因此当测量磁场与冷却场方向相反时，铁磁体的磁矩较难翻转，矫顽力较大。当测量磁场与冷却场方向一致时，铁磁体的磁矩很容易转向与之平行的方向，矫顽力较小；所以在宏观上表现为磁滞回线沿冷却场的反方向偏移，呈现出单向各向异性。

目前，研究者已经发现交换偏置现象广泛存在于铁磁/反铁磁体系中，其

基本特性与铁磁层和反铁磁层的材料，厚度以及结构取向，生长顺序及工艺条件密切相关。自从发现这一现象，交换偏置效应的钉扎作用在永磁体、超高密度磁记录介质、读出磁头、巨磁阻、自旋阀、隧道结新型存储器和传感器中得到广泛应用。因此，交换偏置的研究日益受到人们的重视。

最近研究者发现在富Mn的NiMnZ(Z＝In，Sn，Sb)铁磁形状记忆合金材料中也具有交换偏置效应，例如：Mahmud Khan等人在Applied PhysicsLetters(91卷，072510页，2007年)报道了Ni₅₀Mn_25+xSb_25-x样品通过在外磁场下冷却(H＝5T)观察到最大的交换偏置场为H_E＝248Oe，阻挡温度T_B＝115K(T＞T_B时，材料的交换偏置效应消失)。2011年，L.Ma等人在Applied Physics Letters上发表题名“Coexistence of reentrant-spin-glass the Mn₂Ni_1.6Sn_0.4 Heusler alloy”的文章将铁磁形状记忆合金的H_E提高到1100Oe。虽然材料的交换偏置场有所提高，但目前传统的具有交换偏置的磁性材料必须通过带场冷却才能表现出交换偏置效应，这一过程给材料的应用带来了不便。2011年，B.M.Wang等人在Physical Review Letters上发表题名为“Large Exchange Bias after Zero-Field Cooling from an Unmagnetized State”的文章，报道了非磁化态的Ni-Mn-In合金在零场冷却的条件也具有大的交换偏置效应，其交换偏置场高达1300 Oe。但考虑到主族元素铟(In)价格昂贵，不利于材料的工业化应用。为此，研发在零场(H＝0 Oe)冷却的条件下具有交换偏置效应的磁性材料，具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有零场冷却交换偏置效应的磁性带材。

本发明的目的还在于提供一种具有零场冷却交换偏置效应的磁性带材的制备方法。

本发明的目的是这样实现的：一种具有零场冷却交换偏置效应的磁性带材，其化学式为：Mn₅₀CoNi_49-xAl_x，式中，10≤x≤15，x表示原子百分比含量。

本发明提出的如化学式Mn₆₀CoNi_49-xAl_x，具有零场冷却交换偏置效应的磁性带材的制备方法包括如下步骤：