A csereanizotrópia (vagy: csereanizotrópia , csere-kölcsönhatás anizotrópiája , egyirányú kicserélődési anizotrópia ) a mágneses anyagok mágnesezési megfordításának hiszterézishurkainak jellemzője, amely a hurok y- tengelyhez viszonyított aszimmetrikus elhelyezkedésében nyilvánul meg . Réteges és nanostrukturált mágneses anyagokban figyelhető meg, amelyek mágnesesen lágy ferromágneses és erősen anizotróp antiferromágneses fázist tartalmaznak .
A réteges anyagokban a hiszterézis hurok eltolódása általában azzal magyarázható, hogy a mágnesesen lágy komponenst az antiferromágneses komponens egyik mágneses részrácsa befolyásolja. Ezt a hatást cserebiasnak vagy rögzítésnek nevezik.
Az egyirányú anizotrópiaként is ismert kicserélődési torzítást 1956-ban fedezte fel Meiklejohn és Bean, miközben a CoO antiferromágneses oxidba ágyazott kobaltrészecskéket vizsgálta [1] [2] [3] . Már a kezdetektől azt a következtetést vonták le, hogy a hiszterézis hurok eltolódását a kobaltrészecskéket körülvevő oxidréteg jelenléte okozza. Ez azt jelentette, hogy a közös felületükön keresztüli mágneses kölcsönhatás döntő jelentőségű volt a hatás létrejöttében. Miután felismerték, hogy kizárólag interfész jelenség, a kicserélődési torzítást főleg vékony filmeken kezdték vizsgálni, amelyek egymással érintkező ferromágneses (FM) és antiferromágneses (AFM) rétegekből állnak. Jelenleg azonban ismét aktívan tanulmányozzák a litográfiai úton előállított szerkezeteket, valamint a ferromágneses és antiferromágneses részecskéket.
Az első és legegyszerűbb modell a hatás magyarázatára a Meiklejohn és Bean által javasolt elmélet volt [2] . Munkájuk során antiferromágneses CoO-val bevont, egydoménes gömb alakú kobaltrészecskéket vizsgáltak. Ezek a részecskék egytengelyű anizotrópiával rendelkeztek, és könnyű mágnesezési tengelyük (EAA) párhuzamos volt az alkalmazott mágneses térrel. Feltételezték, hogy az antiferromágnes forgási konfigurációja a határfelületen teljesen kompenzálatlan, és az EMA mentén egy vonalban marad az AFM jelentős anizotrópiája és az antiferromágnes és a ferromágnes közötti gyengébb cserekapcsolat miatt. Egy ilyen csere-eltolódási mechanizmus a hiszterézis hurok H ex értékkel való eltolásához vezet , ami két nagyságrenddel magasabb, mint a finomszemcsés polikristályos filmeknél megfigyelt értékek, bár ez az elmélet elég jól leír más rendszereket.
Kronológiailag a második modell, amely a cserebias hatást magyarázza, a Neel-féle elmélet [4] . Néel egy kompenzálatlan AFM spinstruktúra modelljét javasolta a felületen. Felhívta azonban a figyelmet arra, hogy ez a spinszerkezet deformációnak van kitéve, és visszafordíthatatlan változásokon megy keresztül az FM-réteg mágnesezettségének forgása során. Következésképpen a H ex csere előfeszítő mezőt és a H c koercitív erőt az AFM változásai határozzák meg a ferromágneses réteg mágnesezettségének megfordítása során. Elmélete szerint a H c -nek két hozzájárulása van: egy belső ferromágneses komponens és egy tag, amely arányos lesz az AFM mágnesezettségének visszafordíthatatlan változásaival. Neel azt is figyelembe vette, hogy valódi durva interfészeknél az antiferromágnes mindkét részrácsát az interfész tartományban kell bemutatni, ami az AFM momentumok részleges kompenzációjához vezet. A polikristályos AFM-ek esetében az egyes antiferromágneses szemcsék határfelületén a spinek száma statisztikai eloszlású lehet, ami az egyes AFM szemcsék momentumainak ingadozásához vezet. Ez az elmélet sem alkalmas H ex értékeinek kiszámítására .
A cserebias legsikeresebb elméletének Fulcomer és Carap [5] [6] modellje tekinthető . A tudósok kísérleti és elméleti vizsgálatokat is végeztek a permalloy fóliák kicserélődési torzítására vonatkozóan, ahol a nikkel a savas gőzkezelés során fokozatosan oxidálódott, és a film felületén izolált APM szemcsék képződtek. Progresszív változásokat figyeltek meg az ilyen rendszerekben a csere torzításában, ami mind a szemcseméret növekedésével, mind az AFM-anyag szemcseszámának növekedésével társult. A Stoner–Wohlfarth rendszerhez hasonló szemcseforgási modellen alapuló kvantitatív modellezés jó egyezést mutat a kísérleti megfigyelésekkel. Falcomer és Carap különösen azt jósolta, hogy a ferromágnes által az AFM-re ható cseremező termikusan aktivált változásokhoz vezethet az AFM részrácsok orientációjában, ami viszont a H ex értékének változásához vezet . Ennek az elméletnek egy fontos jellemzője, hogy az AFM szemcsék méretében és alakjában nagy kiterjedésű eseteket vettek figyelembe. Így az anizotrópia és a cserecsatolási energiák széles tartományban változtak. A szemcseméret-eloszlást úgy vettük, hogy egy bizonyos maximumig minden érték egyformán valószínű legyen, és ne legyen nagyobb szemcse. Fontosnak tartották figyelembe venni a szemcseméret-eloszlást, de az eloszlás alakja nem volt kritikus. Ez a modell képes volt megjósolni a H ex és a H c hőmérsékletfüggését széles hőmérséklet-tartományban, beleértve a Néel-hőmérséklet feletti régiókat is, amint azt [7] ismerteti . Általánosságban elmondható, hogy ez az elmélet más, a termikus ingadozások hatásain alapuló granulátum- (szemcsék) modellek alapjává vált.
A mágneses csere torzításának modernebb elméletei közé tartoznak Mauri [8] , Malozemov [9] , Stiles és McMichael [10] , Stamps [11] , Novak [12] és mások modelljei. a tőzsdei torzítást O'Grady javasolta 2009-ben [13] .
Bár a kicserélődési torzítás hatását a huszadik század közepén fedezték fel, még mindig nincs olyan végleges elmélet, amely megmagyarázhatná a hiszterézis hurok eltolódását ( H ex ) és a kényszerítő erő ( H c ) megnövekedett értékét (a feleként definiálva). a hurok szélessége). Az egyik oka annak, hogy miért nem alakult ki egyértelmű és átfogó elmélet, az az, hogy az eddig vizsgált példányok köre igen változatos. Ilyen minták például a nanorészecskék, ahol az AFM/FM interfész nyilvánvalóan nem lapos [14] , az epitaxiálisan növesztett filmek [15] , amelyekben a határfelület szinte tökéletesen lapos, valamint a lerakódott polikristályos filmek [16] , ahol az interfész egy jelentős érdesség, ami szerkezeti és mágneses rendellenességhez is vezethet. Érdekes megjegyezni, hogy a legnagyobb torzítás szobahőmérsékleten a porlasztott polikristályos (szemcsés) filmeknél figyelhető meg, és ezeket az anyagokat használják olyan eszközökben, mint a mágneses rögzítőfejek és az MRAM alkalmazások.