磁性金属薄膜中具有丰富的物理现象和复杂的物理机制,主要表现在多层膜之间的耦合作用、电子自旋输运引起的磁阻变化等方面。磁性薄膜的研究促进了自旋电子学的发展,在新一代自旋电子学器件中占有非常重要的地位。尤其是自旋霍尔效应和铁磁/反铁磁界面的交换偏置效应,在自旋电子学理论和自旋电子器件中都占据较重要的位置,因此成为凝聚态物理和自旋电子学领域的研究热点。自从交换偏置效应发现以来,它在凝聚态物理和自旋电子学基础科学探索和磁场传感器、磁记录磁头、磁随机存储器、自旋阀等众多器件设计中具有重要的意义。近几十年来,学者们已经付出了很多努力来揭示交换偏置效应的规律和物理机制。但是迄今为止还没有一个全面的理论来详细描述交换偏置效应,这主要是因为其现象的复杂性及其对铁磁层和反铁磁层的自旋结构和界面的强烈依赖。在早期的模型中假设反铁磁层的整个自旋结构被固定,而所有的界面反铁磁自旋都与铁磁层进行交换耦合。实际上,只有约4%的反铁磁原子可以产生交换偏置效应,这是观察到的交换偏置场的实验数值与理论值相差几个数量级的原因之一。目前国内外研究人员对铁磁/反铁磁双层膜界面的交换偏置效应进行了系统性的研究,然而对于反铁磁内部的钉扎未补偿磁矩与铁磁层的耦合作用研究还有待深入。在本文中,作者系统研究了铁磁/反铁磁/铁磁三层膜系统的磁性,研究了温度、冷却场、非磁插层对双层膜交换偏置场的影响,通过调控反铁磁层厚度、顶部和底部铁磁层的厚度,观察交换偏置场的变化规律,从而得到反铁磁层内部钉扎磁矩的变化及其与交换偏置效应的关系。本文采用直流磁控溅射技术,在硅片上制备了Ni81Fe19/Ni50Mn50、Co81Fe19/Fe50Mn50双层膜和Ni81Fe19/Ni50Mn50/Ni81Fe19系列三层膜样品,分别用X射线衍射仪、振动样品磁强计测量了样品的晶体结构和磁性。研究结果表明:1、相同厚度的双层膜Ni Fe/Ni Mn与三层膜Ni Fe/Ni Mn/Ni Fe相比,双层膜的交换偏置场(Heb)大于三层膜的Heb。说明在此类薄膜系统中,交换偏置效应不仅仅由铁磁/反铁磁界面效应所致,因此,有必要探究反铁磁层内部钉扎磁矩对交换偏置的影响和贡献。2、顶部铁磁层厚度对三层膜Ni Fe/Ni Mn/Ni Fe交换偏置场的影响:对于Ni Fe（15 nm）/Ni Mn（15 nm）/Ni Fe（t）三层膜,交换偏置场随着顶层Ni Fe厚度的增加而减小,但是当顶层厚度很大时Heb的值几乎保持恒定,这说明了交换偏置效应的生成需要反铁磁层内的钉扎未补偿磁矩与铁磁层耦合,而顶部铁磁层的存在会抑制钉扎未补偿磁矩的生成,从而使交换偏置效应减弱。3、底部铁磁层厚度对双层膜和三层膜交换偏置场的影响:对于Ni Fe（t）/Ni Mn（15 nm）双层膜和Ni Fe（t）/Ni Mn（15 nm）/Ni Fe（10 nm）三层膜,交换偏置场都随底层Ni Fe厚度的增加而减少,但最后不会保持在恒定的值。这表明了顶层和底层厚度对交换偏置效应的影响是独立的,顶层厚度主要通过抑制反铁磁层钉扎未补偿磁矩的生成来调控交换偏置场,而底层厚度对交换偏置效应的影响主要来源于铁磁层的本征行为,即0（7）∝1/。4、反铁磁层厚度对三层膜Ni Fe/Ni Mn/Ni Fe交换偏置场的影响:对于Ni Fe（15 nm）/Ni Mn（t）双层膜和Ni Fe（15 nm）/Ni Mn（t）/Ni Fe（15 nm）三层膜,交换偏置场或矫顽力都随着反铁磁Ni Mn层厚度增加而增大,并在反铁磁层厚度为10 nm时出现最高值。然而,当反铁磁层厚度继续增加时,Heb和HC反而都会减小。这说明了磁畴的结构取决于反铁磁层的厚度,较厚的反铁磁层在能量上不利于磁畴的生成。这可能直接导致钉扎未补偿磁矩的密度减小,使铁磁层受到的钉扎力减小,最终导致交换偏置效应减弱。5、对于Co Fe（15 nm）/Fe Mn（10 nm）双层膜样品,交换偏置场受到Cu插层厚度、冷却场和测量温度的影响。较厚的Cu插层会抑制界面间的耦合作用,导致交换偏置效应减弱;冷却场大小的改变导致了界面耦合能与铁磁层塞曼能之间的竞争,促使交换偏置场的值也随之改变;交换偏置场随测量温度先线性下降,然后保持恒定。上述实验研究结果表明:对于Ni Fe/Ni Mn/Ni Fe三层膜,钉扎未补偿磁矩广泛分布在反铁磁层内部,顶部铁磁层和反铁磁层厚度均影响反铁磁层内部钉扎磁矩的分布密度,从而影响交换偏置。因此,交换偏置效应不仅是界面效应,有时会出现体效应,或表现为界面效应与体效应的双重影响。本文的研究工作将有助于加深理解交换偏置效应的物理机制,可以通过调控反铁磁层的钉扎未补偿磁矩实现交换偏置的调控,并对基于交换偏置的自旋电子学器件设计有一定的积极促进作用。