專利名稱：基于交換偏置的多狀態(tài)磁存儲器和邏輯器件以及磁穩(wěn)定的磁存儲器的制作方法
本申請要求2004年7月13日提交的、題為“基于磁鄰近效應(yīng)的磁存儲媒介”的第60/587,789號美國臨時(shí)專利申請的優(yōu)先權(quán)，該申請的內(nèi)容通過引用合并于此，以作為本申請說明書的一部分。
關(guān)于政府資助的聲明本發(fā)明是第FA9550-04-1-0160和DE-FG03-87ER-45332號政府支持項(xiàng)目的一部分。本發(fā)明的某些權(quán)利歸于政府。
背景技術(shù)：
本申請涉及磁性材料和磁存儲媒介。
磁性材料可用于數(shù)據(jù)存儲。由各種磁性材料制成的存儲裝置的示例包括磁卡、磁帶、磁盤和硬磁盤機(jī)。在大多數(shù)商用磁記錄媒介中，每個(gè)已記錄的位(bit)具有“0”和“1”兩種邏輯狀態(tài)，其分別由記錄媒介的兩種不同的磁狀態(tài)表示。例如，磁性材料中磁疇的相反磁化方向可用于二元狀態(tài)。在這種材料中，存儲信息的密度與磁疇或承載信息的“位”的密度相一致。因此，在這種二元磁記錄媒介中，磁疇的尺寸決定存儲密度。
增加磁存儲密度的一種方法是降低磁疇尺寸或位尺寸?？赏ㄟ^多種技術(shù)來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。例如，富士通和其他公司開發(fā)的具有較小疇尺寸的高密度記錄材料具有約100G位/平方英寸的存儲密度。然而，磁位尺寸的減小可能會導(dǎo)致磁存儲信息的熱和磁穩(wěn)定性下降。有多種因素可導(dǎo)致磁媒介中的不穩(wěn)定性，包括溫度的升高、對鄰近位進(jìn)行操作時(shí)來自于記錄磁頭的雜散場(stray field)的存在、以及來自于相鄰位的相互作用的雜散場的存在。

發(fā)明內(nèi)容
本申請公開了能夠基于由鐵磁層和反鐵磁層之間的磁耦合導(dǎo)致的磁交換偏置，獲得高密度磁存儲的技術(shù)、材料和器件?？梢允褂盟龅拇篷詈蟻矸€(wěn)定二元磁存儲器件以及構(gòu)建多狀態(tài)磁存儲器件。
在一個(gè)實(shí)現(xiàn)中，描述了一種穩(wěn)定二元磁存儲器件的方法。該方法包括提供一種磁存儲材料作為二元存儲媒介，所述磁存儲材料包括鐵磁層和鄰近的反鐵磁層，所述鐵磁層和鄰近的反鐵磁層相互磁性地耦合以提供磁滯回線。配置所述鐵磁層和鄰近的反鐵磁層，以使得所述磁滯回線的中心離開H＝0處，從而使各個(gè)二元狀態(tài)相對于雜散磁場是穩(wěn)定的。
在另一種實(shí)現(xiàn)中，描述了這樣一種器件，其包括磁存儲材料，所述磁存儲材料包括鐵磁層和鄰近的反鐵磁層，所述鐵磁層和鄰近的反鐵磁層相互磁性地耦合以在工作溫度下存儲數(shù)據(jù)，所述工作溫度低于所述反鐵磁層的阻塞溫度。所述阻塞溫度低于所述鐵磁材料的居里溫度。在該器件的一個(gè)配置結(jié)構(gòu)中，所述磁存儲材料被配置為具有多于兩種的磁狀態(tài)。在該器件的另一個(gè)配置結(jié)構(gòu)中，所述鐵磁層和所述反鐵磁層被選擇為，能夠?qū)⑺龃糯鎯Σ牧系拇艤鼐€從零場偏移到大于所述器件中的雜散磁場的磁場。
上述器件還包括溫度控制機(jī)制，以當(dāng)向選擇的磁疇寫入數(shù)據(jù)時(shí)，局部地控制所選擇的磁疇和所述磁存儲材料的溫度。溫度控制機(jī)制可具有各種配置結(jié)構(gòu)。例如，溫度控制機(jī)制可包括激光器，并在寫的過程中將來自所述激光器的激光束聚焦到所選擇的磁疇。所述溫度控制機(jī)制包括導(dǎo)電掃描探針顯微鏡(SPM)的探針尖，用來加熱所選擇的磁疇。所述溫度控制機(jī)制包括阻抗(電阻)加熱機(jī)制作為各個(gè)磁疇的一部分，或者與所選擇的磁疇接觸的阻抗(電阻)加熱元件。
本申請還描述了這樣一種用于磁記錄的方法。提供一種磁存儲材料，所述磁存儲材料包括鐵磁層和鄰近的反鐵磁層，所述鐵磁層和鄰近的反鐵磁層相互磁性地耦合以在工作溫度下存儲數(shù)據(jù)，所述工作溫度低于所述反鐵磁層的阻塞溫度。所述阻塞溫度低于所述鐵磁材料的居里溫度。進(jìn)行局部加熱以使所述磁存儲材料中的所選擇的磁位的溫度高于所述阻塞溫度。在高于所述阻塞溫度的溫度下，對所選擇的磁位應(yīng)用磁化處理，以將剩磁設(shè)置為從用于多狀態(tài)存儲媒介的預(yù)定剩磁集合中所選擇的值，以對位進(jìn)行寫操作。去除所選擇的磁位處的外磁場，并且在所述零場，將所選擇的磁位的溫度降低到所述阻塞溫度之下，以將剩磁存儲在所選擇的位中。
本申請還描述了另外一種用于磁記錄的方法。提供一種磁存儲材料，所述磁存儲材料包括鐵磁層和鄰近的反鐵磁層，所述鐵磁層和鄰近的反鐵磁層相互磁性地耦合以在工作溫度下存儲數(shù)據(jù)，所述工作溫度低于所述反鐵磁層的阻塞溫度，所述阻塞溫度低于所述鐵磁材料的居里溫度。進(jìn)行局部加熱以使所述磁存儲材料中的所選擇的磁位的溫度高于所述阻塞溫度。在高于所述阻塞溫度的溫度下，對所選擇的磁位應(yīng)用磁化處理，以將剩磁設(shè)置為從用于多狀態(tài)存儲媒介的預(yù)定剩磁集合中所選擇的值，以對位進(jìn)行寫操作。在保持所述磁化處理的磁場的同時(shí)，將述所選擇的磁位的溫度降低到所述阻塞溫度之下，以將所述剩磁存儲在所選擇的位中。
在附圖、說明書和權(quán)利要求書中將描述這些和其他實(shí)現(xiàn)、應(yīng)用和變化。


圖1示出了鐵磁-反鐵磁耦合的媒介的實(shí)施例；圖2示出了使用鐵磁性-反鐵磁性耦合的媒介的磁性存儲器件的實(shí)施例；圖3和圖4示出了對鐵磁-反鐵磁耦合的媒介進(jìn)行的不同測量結(jié)果；圖5A和5B示出了在5mm×5mm的FeF2(70nm)/Ni(70nm)/Al(4nm)樣品上的、沿著易磁化軸的具有磁光克爾效應(yīng)(MOKE)的磁滯回線，如圖所示，在樣品的不同部分具有～500μm的激光點(diǎn)。該測量是在樣品從MR≈0的消磁狀態(tài)在零磁場內(nèi)冷卻后、在FeF2的轉(zhuǎn)換溫度下進(jìn)行的。圖5A中的背景顏色表示交換偏置的局部方向，紅色表示負(fù)向，藍(lán)色表示正向；
圖6示出了在鐵磁體的預(yù)設(shè)剩磁中的零磁場內(nèi)冷卻的反鐵磁體中磁疇結(jié)構(gòu)；圖7A和7B示出了鐵磁-反鐵磁耦合的媒介與鐵磁媒介相比較的磁滯回線中的偏移和變化；圖8示出了MgF2/FeF2/Ni樣品的、溫度高于TB或低于TB的易磁化軸的磁滯曲線，所述樣品在2kOe場內(nèi)冷卻，圖中示出了由反鐵磁體引入到鐵磁體內(nèi)的單軸各向異性；圖9A和9B示出了與單獨(dú)的鐵磁性材料(僅為Fe)相比較的、從連續(xù)的AF層(例如FeF2)上的鐵磁層(例如Fe)構(gòu)圖的磁點(diǎn)；圖10A和10B進(jìn)一步示出了僅有Fe的點(diǎn)媒介與Fe/FeF2點(diǎn)媒介的測量的穩(wěn)定性數(shù)據(jù)；圖11示出了在特定磁場中冷卻的MgF2/FeF2/Ni/Al樣品的易磁化軸的磁滯曲線。剩磁取決于冷卻場，并且固定在樣品被冷卻到FeF2的TN以下之后的值；圖12示出了在MgF2/FeF2/Ni樣品的TN(T＝10K)以下測量的易磁化軸磁滯曲線，所述樣品從各種剩磁狀態(tài)在零磁場內(nèi)冷卻。由FeF2的TN之上的部分消磁決定的剩磁在樣品被冷卻到TN以下后保留。黑色的曲線示出了TN(T＝80K)之上的磁滯曲線。
圖13和14示出了用于在多狀態(tài)存儲媒介中寫入數(shù)據(jù)的兩種不同寫入方法。
具體實(shí)施例方式
本申請中所述的磁性材料、存儲技術(shù)和存儲器件使用兩個(gè)磁性地耦合的磁層，即鐵磁(F或者FM)層和與之相鄰的反鐵磁(AF或者AFM)層，以提供穩(wěn)定的二元磁性存儲媒介和多狀態(tài)磁性存儲媒介。本文所述的穩(wěn)定的二元磁性存儲媒介可耐受由于多種因素(包括來自于讀/寫頭、相鄰磁位、以及其他來源的雜散磁場)所導(dǎo)致的磁性干擾，因此可用于實(shí)現(xiàn)媒介上的高度密集的磁位。本文所述的多狀態(tài)磁性存儲媒介提供有多個(gè)剩磁值，以表示各個(gè)磁性位中的多個(gè)狀態(tài)，從而增加每個(gè)位中所存儲的信息量。
圖1示出了具有耦合的鐵磁層與反鐵磁層的磁性媒介的一個(gè)實(shí)施例。如圖所示，在MgF2基底(110)上形成AF層(如FeF2)和F層(如Fe、Co、Ni或者其他F金屬或者金屬合金)。在本實(shí)施例中，AF層直接淀積在基底上。在其他實(shí)施方式中，當(dāng)用于AF層和基底的材料差異較大(例如晶格結(jié)構(gòu)差異較大)時(shí)，可在基底和AF層之間形成一個(gè)或者多個(gè)籽層。AF層可由AF材料制成，其中，AF材料可為單晶材料(單晶)或多晶材料。多晶材料的顆粒尺寸應(yīng)大于每一個(gè)被用于定義位的磁疇。一個(gè)可選的表層(如鋁層)可形成于F-AF層的頂部，以保護(hù)磁性媒介，表層材料的選擇可依賴于F材料的選擇。這種表層并不直接參與記錄過程。數(shù)據(jù)在高于AF層的阻塞溫度(blockingtemperature)的溫度下，以特定剩磁的形式磁性地寫入到F-AF耦合的媒介。接著，溫度降低至阻塞溫度之下，從而使得在磁存儲器的正常操作中，寫入的磁性狀態(tài)(二元狀態(tài)或多狀態(tài)的狀態(tài))在不會受到任何現(xiàn)有磁場影響的情況下被寫入到“位”，所述磁場包括來自于讀/寫頭和相鄰位的磁場。接著，在溫度降低到低于AF層的阻塞溫度的情況下，執(zhí)行隨后的讀出操作。阻塞溫度即，在低于該溫度的溫度下，雙層的F-AF系統(tǒng)表現(xiàn)出交換偏置。交互偏置通常作為磁化曲線(磁滯回線)的水平偏移被觀察到，并同時(shí)伴隨有系統(tǒng)轎頑磁場的增大。阻塞溫度小于或者等于AF的轉(zhuǎn)換溫度，即奈爾溫度。本申請中的F-AF耦合的媒介可被設(shè)計(jì)為使得F層的居里溫度高于AF層的阻塞溫度，并且AF層的AF材料被選擇為其阻塞溫度高于這些器件的工作溫度的上限(例如80℃或者更高)。這樣，媒介的溫度通常低于阻塞溫度，并且可通過加熱升高到阻塞溫度之上以寫入數(shù)據(jù)。因此，除了其他部分之外，使用F-AF位的磁性器件包括磁性讀/寫頭和溫度控制機(jī)制。
圖2示出了F-AF耦合的媒介的磁存儲器件200，在穩(wěn)定的二元配置或者多狀態(tài)配置下的實(shí)施例。提供媒介固定機(jī)構(gòu)以使得存儲媒介201與耦合的F和AF層固定在一起。譬如，如果器件200是一種磁盤驅(qū)動器，媒介固定機(jī)構(gòu)可包括用于固定磁盤的盒子，以及用于旋轉(zhuǎn)磁盤的機(jī)動化軸。讀/寫頭210以及與頭210結(jié)合的頭致動裝置，可用于控制頭210并使得頭210位于媒介201上方。溫度控制220被提供以控制F-AF媒介201的溫度。溫度控制器220可被設(shè)計(jì)為對選定的位局部地加熱，從而使它的溫度升高到阻塞溫度之上。加熱被限定為僅針對選定的位進(jìn)行，而不會使得相鄰位的局部溫度顯著升高至高于阻塞溫度。在這種設(shè)計(jì)下，媒介的每個(gè)磁疇或者位可被單獨(dú)加熱以寫入新的數(shù)據(jù)。
可使用多種方法來實(shí)現(xiàn)局部加熱。譬如，溫度控制220可使用激光以將聚焦的激光束導(dǎo)向媒介201上的選定位，以進(jìn)行局部加熱?？赏ㄟ^使用近場光學(xué)器件(如固態(tài)浸入式透鏡)來實(shí)現(xiàn)激光束的聚焦。在另一實(shí)施例中，可使用電阻抗(歐姆)加熱來控制F-AF媒介中的每一個(gè)單獨(dú)位的位置的加熱和溫度。電阻抗加熱可被實(shí)施為F-AF媒介的一部分，以在各個(gè)位的位置通有加熱電流來對各個(gè)位本身進(jìn)行加熱。另一種方式則為可使用與位的區(qū)域相接觸的單獨(dú)的電阻加熱元件，例如，在位/字線的交叉點(diǎn)處，如在將位寫入CMOS型存儲器的過程中。在另一實(shí)施例中，導(dǎo)電掃描探針顯微鏡(SPM)的探針尖可用于將電流導(dǎo)向選定的位以進(jìn)行局部加熱。值得注意的是，熱控制器220可被集成為讀/寫頭210的一部分，從而可使用單獨(dú)的定位機(jī)制來控制局部加熱和磁頭的定位。
本申請中所述的F-AF材料也可被用于構(gòu)造不包括任何可移動部件的MRAM。這種MRAM包括溫度控制，以單獨(dú)控制MRAM的每個(gè)位位置的溫度。
下面的部分首先敘述了基于交換偏置的F-AF耦合媒介的材料設(shè)計(jì)及其性質(zhì)。其次，敘述了用于二元F-AF媒介和多狀態(tài)F-AF媒介的疇穩(wěn)定性。
鐵磁-反鐵磁耦合的媒介的性質(zhì)由于F和AF層磁耦合而導(dǎo)致的交換偏置，導(dǎo)致了F層和AF層中的磁各向異性中的變化。用于解釋交換偏置的一種理論模型為橫向長度比例(lateral length scales)模型。參見Igor Roshschin等人的、2005年6月17日在線發(fā)表于http:/www.edpsciences.org/epl上的Europhysics Letters中的“交換偏置中的橫向長度比例”，并且該文章將在卷71(2005年7月)上公開，該文章的全部公開內(nèi)容通過引用并入本申請，以作為本申請說明書的一部分。其他的解釋也是可能的。在此使用用于解釋交換偏置的局部體制(local regime)的實(shí)驗(yàn)性研究結(jié)果，以有助于理解穩(wěn)定技術(shù)和多狀態(tài)存儲技術(shù)之后的交換偏置，并且所述研究結(jié)果被構(gòu)建為用于限制本申請中描述的各種實(shí)施方式。
當(dāng)鐵磁體與反鐵磁體接近時(shí)，橫向長度比例(例如各磁疇尺寸)能夠顯著地影響交換偏置。通過使用SQUID(超導(dǎo)量子干涉器件)和空間分辨的MOKE對FeF2與Ni、Co或Fe中之一的雙層進(jìn)行研究。當(dāng)反鐵磁性磁疇大于或者相當(dāng)于鐵磁性磁疇時(shí)，可觀測到局部的、不平均的交換偏置。這導(dǎo)致了不尋常的及可調(diào)整的磁滯曲線。
當(dāng)兩個(gè)相異的材料接觸時(shí)，通?？捎^測到鄰近效應(yīng)，即一種材料改變了另一種材料的性質(zhì)。由于電子波函數(shù)的有限范圍，鄰近效應(yīng)典型地被描述為跨越交界面的序參數(shù)(order parameter)的空間變化。譬如，在超導(dǎo)體-正常體兩層中出現(xiàn)的鄰近效應(yīng)的特征為超導(dǎo)序參數(shù)衰退到正常材料范圍內(nèi)，并具有被稱為相干長度的長度比例。令人感興趣的是，在平行于界面的平面內(nèi)改變的物理量的特征化長度比例之間的相關(guān)未被指出在鄰近效應(yīng)中起作用。
界面兩側(cè)的橫向特征長度比例之間的關(guān)系對于交換偏置十分重要。交換偏置(EB)是鐵磁體(F)與反鐵磁體(AF)在彼此緊密接觸時(shí)的鄰近效應(yīng)[1]。EB通常被描述為由AF進(jìn)入F(通過界面處的交換耦合)引入的附加的單軸各向異性。這產(chǎn)生了在AF有序化溫度(TN)之下沿著磁場軸線偏移的單磁滯回線。所述偏移的幅度被定義為交換偏置場He，并且可以是正向或負(fù)向的。與AF影響F不同，F(xiàn)對AF性質(zhì)的影響并不顯著，并且通常更難觀察到[2]。F和AF均可形成磁疇，其導(dǎo)致在平行于界面的平面內(nèi)、F中磁化的空間變化以及AF中的交錯磁化的空間變化。由于F與AF之間的相互影響，界面扭轉(zhuǎn)(interfacial spin)結(jié)構(gòu)將顯著地背離AF和F塊的結(jié)構(gòu)。在該報(bào)告中，交換偏置系統(tǒng)中的AF疇是指引入相同的單軸各向異性的區(qū)域。
當(dāng)AF疇大于F疇或與其相當(dāng)時(shí)，可以觀察到局部的非平均的EB[3]。這種樣品可被磁性地分為兩個(gè)子系統(tǒng)，其所具幅度相同但符號相反的有的He。通過零磁場冷卻部分消磁的樣品或者通過在施加有適當(dāng)選擇的量的磁場中進(jìn)行冷卻可以實(shí)現(xiàn)這種狀態(tài)。在所有情況下，兩個(gè)磁子系統(tǒng)具有彼此獨(dú)立的表現(xiàn)，并且未出現(xiàn)EB的平均。這清楚地顯示出其本身為雙磁滯回線。此外，局部EB的符號可乘以消磁過程中F內(nèi)產(chǎn)生的疇，或者通過改變磁場冷卻過程而在F內(nèi)產(chǎn)生的疇[4]。這些結(jié)果揭示了新的物理異類的磁結(jié)構(gòu)和鄰近效應(yīng)(具有不同類的序參數(shù))。
典型地，在300℃下在(110)MgF2基底上生長38-100nm厚的FeF2層，然后在150℃下生長4-70nm厚的鐵磁層(Co、Fe或Ni)，所述鐵磁層覆蓋有3-4nm的Al層，以防止磁性層氧化[5]。以在(110)MgF2基底上由X射線衍射決定的(110)方向，外延地以及非雙晶地生長FeF2反鐵磁體(TN＝78.4)?；隗w結(jié)構(gòu)，(110)FeF2的理想表面被假定為具有在補(bǔ)償扭轉(zhuǎn)(spin)，在平面內(nèi)定向?yàn)檠?br> 方向具有易磁化軸[6]。X射線衍射測量顯示用于所有樣品的鐵磁層是多晶的。即使在遠(yuǎn)高于TN的溫度下，所有樣品(其易磁化軸沿著FeF2的易磁化軸)中存在的單軸磁疇各向異性也歸因于生長引入的各向異性。所有三個(gè)鐵磁體的鐵磁轉(zhuǎn)換溫度適當(dāng)?shù)馗哂谑覝亍＠肧QUID磁力計(jì)和磁光克爾效應(yīng)(MOKE)測量平行于所施加場的平面內(nèi)樣品的極化。樣品在冷卻過程中的磁化方向被定義為負(fù)向，磁滯回線轉(zhuǎn)移的符號限定了EB的符號。所有樣品的、磁矩與所施加磁場之比的曲線示出了在TN之上的典型鐵磁行為相對于原點(diǎn)(origin)對稱的單磁滯回線。
在第一組實(shí)驗(yàn)中，將樣品在300K下消磁到沿著易磁化軸MR的、在飽和磁化MS與0之間的選定的剩磁值。從而形成易磁化軸在相反方向內(nèi)極化的F疇。兩種類型疇的極化之間的平衡決定了樣品最終的極化。當(dāng)樣品在零磁場(ZFC)中被冷卻到TN以下后，低場磁矩作為各種溫度下所施加磁場的函數(shù)被測量。由滿剩磁(MR≈MS)冷卻的樣品示出了由He(T)交換偏置到負(fù)磁場的單磁滯回線(圖3A)。相反，冷卻為具有降低的剩磁的樣品示出了雙磁滯回線(例如，圖3A中的MR≈0.5MS和MR≈0)。各個(gè)回線沿著磁場軸線偏移，其偏移量為取決于溫度的He(T)的相同的絕對值，但是方向相反。回線高度比由剩磁狀態(tài)設(shè)定，樣品在剩磁狀態(tài)內(nèi)被冷卻，并且回線高度比等于所述狀態(tài)內(nèi)兩種類型疇的磁化比。因此，系統(tǒng)“記住了”TN之上的剩磁狀態(tài)。
在第二組實(shí)驗(yàn)中，首先沿著易磁化軸(位于磁滯曲線的不可逆場上方)施加磁場，從而將相同的樣品在150K磁化。然后在所施加的場(FC)HFC內(nèi)冷卻樣品(圖3)。對于較小的HFC來說，位于TN之下的磁化曲線包括負(fù)的He(T)偏移的單磁滯回線。對于較大的HFC來說，位于TN之下的磁化曲線也具有單磁滯回線，但是通過He(T)的相同的絕對值被轉(zhuǎn)移到正場。對于介于中間的HFC來說，位于TN之下的磁化曲線包括兩個(gè)磁滯回線，其中一個(gè)被轉(zhuǎn)換為負(fù)而另一個(gè)被轉(zhuǎn)換為相同的正場He(T)，如第一組實(shí)驗(yàn)所示。典型的冷卻場范圍依賴于F和AF的材料和厚度。例如，對于FeF2(38nm)/Co(4nm)的樣品(圖3)，用于冷卻場的雙回線的范圍在0.1KOe到30KOe之間。
應(yīng)該注意到，在兩組實(shí)驗(yàn)中，在所有低于TN的溫度下，正和負(fù)He(T)具有相等的絕對值(如圖4所示)。在任意特殊的溫度下，兩個(gè)回線的寬度等于單磁滯回線的寬度(兩倍于矯頑磁場，2Hc)。當(dāng)垂直地縮放時(shí)，兩個(gè)單回線和各個(gè)雙回線具有非常相同的形狀和溫度變化。因此，兩種類型的獨(dú)立區(qū)域被形成為具有一致的屬性，一個(gè)進(jìn)行正向交換偏置，而另一個(gè)進(jìn)行負(fù)向交換偏置。
在這些樣品中，回線的半寬度小于其偏移，即Hc＜He。能夠清楚地觀察到雙磁滯回線的基本條件是Hc≤He。相反，在[7，8]中表示的結(jié)果是在相反的限制條件下得到的，即Hc＞＞He，因此，不能夠分辨雙回線。
空間分辨的MOKE明確地確認(rèn)了最先兩組實(shí)驗(yàn)的結(jié)論(被測量為反射的p極化的光的濃度差異[9])。圖5A和5B示出了相關(guān)的測量結(jié)果。
對于該實(shí)驗(yàn)，5mm×5mm的FeF2(70nm)/Ni(70nm)/Al(4nm)的樣品在高于Tn的溫度被消磁，接著在零施加磁場中、在低于TN的溫度下被冷卻，如第一組實(shí)驗(yàn)中的那樣。首先，從整個(gè)樣品表面區(qū)域(用寬束光照亮)收集作為所施加磁場函數(shù)的MOKE信號(通常被認(rèn)為[9]與磁化成比例)。曲線構(gòu)成了雙磁滯回線(圖5B)。在對該實(shí)驗(yàn)條件未作任何改動的情況下，在圖5A顯示的位置上，在4×4的矩陣排列的16個(gè)位置使用直徑為～500μm的激光束進(jìn)行MOKE測量。所得到的信號(圖5A)與磁化成比例，并在空間上變化在樣品的一側(cè)，單回線負(fù)向偏移，而在另一側(cè)，單回線正向偏移，在二者之間為雙磁滯回線。這些16個(gè)曲線的歸一化的和(在圖5B中用藍(lán)色的三角形表示)與從整個(gè)樣品中獲得的磁滯曲線(黑色圓圈表示)相當(dāng)一致。在兩個(gè)曲線之間存在的輕微差異是由于16個(gè)位置并未完全覆蓋整個(gè)表面區(qū)域。當(dāng)樣品為ZFC時(shí)，在所有的剩磁中未觀察到空間變化。
該實(shí)驗(yàn)證明了樣品具有兩種區(qū)域；單磁滯回線由相同的He在一個(gè)區(qū)域正向偏移，而在另一區(qū)域負(fù)向偏移。當(dāng)激光束覆蓋了兩個(gè)區(qū)域的部分時(shí)，磁化曲線由兩個(gè)正向偏移的回線構(gòu)成，它們相對的高度由兩個(gè)區(qū)域的比率來確定。
從這些實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可以得出兩個(gè)結(jié)論。第一，樣品能夠分為兩個(gè)獨(dú)立的、EB符號相反的子系統(tǒng)。這能夠在零施加磁場中通過冷卻部分地或完全消磁的樣品來實(shí)現(xiàn)，或者通過在特意選擇的中間施加磁場中冷卻樣品來實(shí)現(xiàn)。適當(dāng)?shù)拇艌龇秶梢韵聵悠穮?shù)來確定材料、層的厚度、界面粗糙程度等。第二，對于各個(gè)F疇的交換偏置并不是所有AF疇的平均。因此，能夠看到雙磁滯回線。
EB現(xiàn)象引起了人們的高度重視。人們提出了幾個(gè)EB機(jī)制，其中幾個(gè)機(jī)制都忽略了在F疇尺度下的EB變化。人們研究了HC和He對于模式化的F-AF雙層(或在稀釋的AF)中的AF和/或F疇大小的依賴性。通過抑制小F疇中的F-F交換相互作用，能夠解釋F-AF雙層(具有被模式化的F層)中He的增強(qiáng)。AF疇到F疇的對應(yīng)關(guān)系、以及EB值的小空間變化被報(bào)道。雙磁滯回線以及F和AF中的疇結(jié)構(gòu)的相關(guān)在從消磁狀態(tài)進(jìn)行零場冷卻的CoO/NiFe樣品中觀察到，并使用交換彈簧模型[20，21]來解釋。在零施加磁場中進(jìn)行冷卻的過程中，F(xiàn)ef2/Fe[22]和Fe0.6Zn0.4F2/Fe[23]雙層中的交換偏置場和雙磁滯回線的形狀依賴于剩磁。置于各種小磁場(0-40 Oe)中的FeMn/FeMnC樣品[24]中，發(fā)現(xiàn)了雙磁滯回線和負(fù)向偏移的單磁滯回線(沒有任何明顯的趨勢)。在置于零磁場的NiFe/NiFeMn樣品中，沿著難磁化軸測量的MOKE信號的空間變化被要求獲得專利保護(hù)[25]，但是未示出支持的圖示。
已經(jīng)報(bào)導(dǎo)的對不同樣品進(jìn)行的大量實(shí)驗(yàn)顯示出了看上去相互矛盾和不關(guān)聯(lián)的結(jié)果。將多種解釋結(jié)合起來考慮將指向復(fù)雜并令人困惑的情況，從而無法得出任何結(jié)論。顯然，只有通過幾個(gè)不同的實(shí)驗(yàn)對同一樣品進(jìn)行深入的研究，才能夠得到EB中的AF和F疇的相對大小究竟扮演者何種角色。
在EB中，我們發(fā)現(xiàn)依賴于AF和F疇大小的關(guān)系的兩種不同體制(regime)。第一，在AF疇小于F疇時(shí)，F(xiàn)疇在幾個(gè)AF疇上平均了He的方向和幅度。這就可以得到作為冷卻場函數(shù)的He的連續(xù)變化和單磁滯回線，如在雙晶的FeF2/Fe[26]和MnF2/Fe[27]樣品中發(fā)現(xiàn)的那樣。如果AF疇非常小，與各個(gè)F疇交互的AF疇的個(gè)數(shù)是非常大的。在這種情況下，能夠?qū)⒏鱾€(gè)F疇作為單獨(dú)的樣品來處理。當(dāng)ZFC樣品時(shí)，用于各個(gè)疇的最后凈(net)EB的符號通過F疇的磁化方向來設(shè)置，因此，可以偶爾觀察到雙回線[20-22]。X射線反射測量結(jié)果[6]暗含了在(100)MgO上生長的雙晶的(110)FeF2中的面內(nèi)結(jié)構(gòu)相干性(coherence)為6-10nm，并且微晶的易磁化軸相對90度。易磁化軸的這種空間變化以及顆粒(grain)的小尺寸建立了AF疇的最大尺寸，從而得到EB的平均體制。
當(dāng)AF疇的大小與F疇的大小相當(dāng)，或大于F疇時(shí)，各個(gè)F疇僅耦合到具有特殊方向的EB的一個(gè)AF疇，因此沒有平均。這對于不同的冷卻場和雙磁滯回線可得到具有相同絕對值的He，如該工作所報(bào)導(dǎo)的那樣。在這種體制中，當(dāng)樣品被零場冷卻時(shí)，通過分界面的F和AF力矩之間的反鐵磁耦合局部地設(shè)置AF中的單軸各向異性[26]。因此，用于各個(gè)F疇的EB的局部符號在樣品冷卻過程中由這些疇的磁化方向確定。因此，在TN溫度之上，具有相反磁化方向的F疇具有相同的幅度，但是在TN溫度之下，具有相反的EB符號。
同樣地，當(dāng)樣品被場冷卻時(shí)，僅是上述符號而并非He的幅度依賴于冷卻場HFC。在易磁化軸上的Htotal的投影的符號確定局部EB的符號。由AF的界面扭轉(zhuǎn)檢測到的總局部冷卻場Htotal是所施加的磁場HFC和由于界面F力矩HF而產(chǎn)生的局部交換場的總和。樣品的空間的不均勻性(inhomogeneity)使得HF不均勻，這反過來這又使得Htotal不均勻。在介于中間的HFC，這使得Htotal的幅度變小，并導(dǎo)致空間上的不均勻性，從而引起與正負(fù)Htotal相交接的區(qū)域。因此，在這種場中將樣品冷卻到低于TN的溫度之下，將分別導(dǎo)致正和負(fù)的EB。根據(jù)X射線反射測量結(jié)果[6]，在(110)MgF2單晶基底上生成的非雙晶的(110)FeF2的面內(nèi)結(jié)構(gòu)相干性為～28nm。此外，由于缺少雙晶現(xiàn)象，AF疇大于微粒的大小，這與雙晶的FeF2的情況是不同的。已經(jīng)在單晶氟化物塊中發(fā)現(xiàn)毫米級的AF疇[28]。在ZFC的情況下，AF和F疇可與激光束的大小相比較并比其大。仿真的結(jié)果表明，相對的磁疇大小決定將樣品分為兩種磁性子系統(tǒng)和EB體制(將被發(fā)表)。
在這里描述的觀察結(jié)果與其他系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)性在模仿AF-F系統(tǒng)的多層系統(tǒng)中示出[29]。對于具有在層中扮演界面AF旋轉(zhuǎn)角色的大磁疇的樣品而言，能夠觀察到用于中間冷卻場的雙磁滯回線。還不太清楚這種模型系統(tǒng)是否能夠正確地模仿真實(shí)AF-F系統(tǒng)中的疇結(jié)構(gòu)。然而，這些結(jié)果提供了額外的、在其中相對的疇大小起作用的實(shí)驗(yàn)配置結(jié)構(gòu)。
因此，相對的AF和F疇大小影響交換偏置。當(dāng)AF疇大于或可與F疇相比擬時(shí)，在冷卻通過AF的轉(zhuǎn)換溫度TN后，結(jié)構(gòu)或磁性不均勻性導(dǎo)致樣品分為兩種獨(dú)立的子系統(tǒng)。各個(gè)子系統(tǒng)中的EB具有相同的幅度但是相反的符號。這導(dǎo)致了具有雙磁滯回線的磁化曲線，因此，明確顯示了非平均的局部EB。在具有三種不同的FNI、Fe以及Co，并具有變化的F和AF層厚度的樣品中能夠觀察到這種行為。所觀察的結(jié)果還表明，不僅F的屬性而且AF的屬性在EB中被修改。我們認(rèn)為，在其他的鄰近效應(yīng)中相對橫向長度比例可與空間不均勻的序參數(shù)相關(guān)，例如，與標(biāo)準(zhǔn)金屬相鄰的粒狀的超導(dǎo)體(S)，或與具有磁疇的F相鄰的超導(dǎo)體(S)[30]。
本發(fā)明的基于鐵磁(F)層和反鐵磁(AF)層之間磁耦合的磁存儲材料和器件使用F層中的剩磁對AF層刻記(imprint)。AF-F耦合產(chǎn)生交換偏置。圖6示出了通過從具有F層中的特殊剩磁值的狀態(tài)進(jìn)行零場冷卻來設(shè)置AF的單軸各向異性(AF的界面扭轉(zhuǎn))。這種刻記還用來在各個(gè)位寫入數(shù)據(jù)。交換偏置的一個(gè)結(jié)果是M(H)磁化曲線水平偏移由被稱為交換偏置場He的值表示出。在連續(xù)的多層和構(gòu)圖于納米結(jié)構(gòu)的多層中能夠獲得大的交換偏置。
磁穩(wěn)定二元記錄媒介上述疇刻記允許局部地控制從AF引入到F的附加單軸各向異性的方向。通過增加用于磁開關(guān)的有效能壘，這種附加的單軸各向異性提高了F位和F納米結(jié)構(gòu)的磁穩(wěn)定性。
圖7A顯示了用于多種傳統(tǒng)二元磁存儲器件的示例性鐵磁性材料的磁滯回線。兩個(gè)相反方向(正向和負(fù)向)的最大磁化表示兩種邏輯狀態(tài)。回線在H＝0處回到中心。因此，場強(qiáng)度與鐵磁性材料的矯頑磁場Hc相似或比其大的雜散場能夠使上述位改變其磁狀態(tài)，并因此擦除所存儲的信息。然而，基于F-AF耦合的新材料從H＝0處向H＝0的正側(cè)或負(fù)側(cè)偏移磁滯回線H∑。圖7B示出了這種偏移。因此，幅度小于|Hc|+|H∑|的雜散場不再影響材料的磁狀態(tài)，即便是雜散場的幅度與Hc相似或比其大。這樣，基于F-AF耦合的新材料相對于各種雜散場來說是穩(wěn)定的。此外，在F和AF層之間的交換偏置還增加了矯頑磁場Hc或新材料的磁滯回線的寬度，這還進(jìn)一步增加了存儲的位抵制雜散場的穩(wěn)定性。
因此，磁媒介中的F-AF耦合的使用允許較小的位大小，并減輕鐵磁存儲媒介中的某些限制。如上所述，鐵磁存儲媒介會受到由對鄰近位進(jìn)行操作的記錄頭產(chǎn)生的雜散場的不利影響，而存在部分或完全擦去存儲的信息的危險(xiǎn)。這種偏移磁滯回線和增加媒介的矯頑磁場的F-AF耦合的媒介設(shè)計(jì)，能夠有效地降低雜散場帶來的不利影響。作為另一個(gè)實(shí)施例，本發(fā)明的技術(shù)還能夠去除或減少對操作溫度范圍的限制，所述限制用于防止由于磁位內(nèi)的磁矩的溫度波動而部分或完全擦去存儲的信息。本發(fā)明的磁穩(wěn)定技術(shù)可用于磁記錄裝置，例如，高密度和高穩(wěn)定的硬盤驅(qū)動器件、磁帶、磁性RAM和其他磁存儲器或邏輯器件。
本發(fā)明的磁穩(wěn)定技術(shù)可用在進(jìn)行面內(nèi)或垂直磁記錄的磁記錄器件和磁記錄媒介中，以穩(wěn)定存儲在構(gòu)圖或未構(gòu)圖的媒介中存儲的信息，以及提高記錄密度并達(dá)到100G位/平方英寸和1T位/平方英寸的密度及更高的范圍。此外，本發(fā)明的磁穩(wěn)定技術(shù)可用來增加磁記錄帶上的信息密度，和增加記錄于磁隨機(jī)存儲器(MRAM)中的信息的密度和穩(wěn)定度。此外，為了相似的目的，本發(fā)明的磁穩(wěn)定技術(shù)可以用于其他的磁記錄應(yīng)用。
本文中描述的磁穩(wěn)定技術(shù)可應(yīng)用于具有多層薄膜的磁記錄媒介，包括鐵磁及反鐵磁或所謂的合成反鐵磁(SAF)，在下文中，SAF也包括在AF類型中。在位記錄過程中，記錄頭將包含F(xiàn)和AF層的位局部加熱到高于AF阻塞溫度TB的溫度。在存儲器為磁RAM的情況下，能夠使用歐姆加熱來進(jìn)行阻抗加熱。通過利用類似于現(xiàn)有的或任意將來給出的技術(shù)，施加記錄頭產(chǎn)生的局部磁場，對位的F層磁化進(jìn)行切換。接著停止加熱，位被冷卻到低于TB的溫度，從而設(shè)置引入到F中的AF層的單軸各向異性。圖8示出了沿著MgF2/FeF2/Ni樣品的易磁化軸測量的磁滯曲線，所述樣品在2kOe場內(nèi)冷卻，圖中示出了由F層引入的單軸各向異性被刻記在AF層。
在此之后，將磁場關(guān)閉。作為一種替換處理，可在冷卻樣品之前關(guān)閉磁場，以獲得和圖8示出的同樣的結(jié)果。這種設(shè)計(jì)和處理增加了用于位切換的能壘，并防止由于溫度的波動、或在處理記錄鄰近的位時(shí)擦除上述位?？梢酝ㄟ^任意的方法進(jìn)行局部加熱，例如，使用例如組合位/字線(例如，在CMOS型的存儲器中寫入位)的設(shè)計(jì)，利用激光、近場光學(xué)器件、導(dǎo)電掃描探針顯微鏡探針尖、或?qū)ξ槐旧砘蚺c所述位的區(qū)域接觸的部件進(jìn)行阻抗(電阻)加熱。
可以使用現(xiàn)有的或?qū)淼拇判畔⒆x出技術(shù)來進(jìn)行讀出操作。讀取頭檢測由于F層的位的磁矩而導(dǎo)致的雜散磁場。由于與AF層的交換偏置，上述位的磁滯回線被偏移到正向場或負(fù)向場。如果回線負(fù)向偏移，剩磁是正的，反之亦然。這定義了狀態(tài)“0”和“1”。AF材料需要TB＞80℃。這包括但不限于NiO、IrMn和FeMn。
F-AF耦合的媒介還可以被構(gòu)圖，以將不同的磁位相互分開從而進(jìn)一步提高穩(wěn)定性、和對雜散場的容忍性。圖9A和9B示出了與單獨(dú)的鐵磁性材料(僅為Fe)相比較的、從連續(xù)的AF層(例如FeF2)上的鐵磁層(例如Fe)構(gòu)圖的磁點(diǎn)。
圖10A和10B進(jìn)一步示出了僅有Fe的點(diǎn)媒介與Fe/FeF2點(diǎn)媒介的測量的穩(wěn)定性數(shù)據(jù)。
來自F-AF耦合的、具有多狀態(tài)的磁存儲上述從F層到AF層的印記能夠被用來局部地設(shè)置向正向或負(fù)向的交換偏置方向。因此，能夠創(chuàng)建雙疇的磁狀態(tài)，其中兩個(gè)磁疇具有相反的交換偏置方向。兩個(gè)疇的大小比率決定用作存儲數(shù)據(jù)的磁“位”的磁域的剩磁。在一個(gè)位位置處使用兩個(gè)磁疇允許建立具有多狀態(tài)磁“位”的磁存儲器，所述多狀態(tài)磁“位”被很好地定義并在廣泛的磁場中是穩(wěn)定的。上述狀態(tài)與飽和的磁化Ms的正值和負(fù)值之間的剩磁Mr的值對應(yīng)，從而使得Mri＝Ms/n，其中，2n+1為狀態(tài)的總數(shù)，i可以是-n和+n之間的任意值。多狀態(tài)的最大數(shù)量由器件的磁感應(yīng)限制來設(shè)置。
圖11和12示出了從高于奈爾溫度TN(在這種情況下與阻塞溫度一致)的溫度到低于奈爾溫度TN的溫度，通過在各種磁場中冷卻，或通過在所選擇的剩磁狀態(tài)進(jìn)行零場冷卻，將F-AF媒介中的F層的剩磁設(shè)置為不同的值的實(shí)施例。
在上述多狀態(tài)存儲器件中，讀出上述多狀態(tài)“位”的處理可以通過各種方法來實(shí)現(xiàn)，包括磁光(magneto-optical)或磁阻(magneto-resistive)的方法。多狀態(tài)的磁材料可以在用于面內(nèi)和垂直磁記錄的多狀態(tài)的磁記錄器件以及磁記錄媒介中使用。在大量的有益效果中，通過將信息記錄在存儲多于一位信息的多狀態(tài)磁“位”中，上述材料可以用來增加磁存儲器的密度。基于上述的多狀態(tài)位可以創(chuàng)建多狀態(tài)磁邏輯部件和器件。
在各種實(shí)現(xiàn)中，上述材料可用來形成包括鐵磁及反鐵磁或所謂的合成反鐵磁(SAF)(在下文中，SAF也包括在AF類型中)的多層薄膜。兩個(gè)磁疇的大小比率決定用作磁“位”的磁域的剩磁。剩磁的準(zhǔn)確值可以通過各種磁化處理來設(shè)置和控制。
可以使用各種寫的方法在各個(gè)位中產(chǎn)生期望的剩磁水平。下面示出了其兩個(gè)實(shí)施例。圖13示出了第一個(gè)寫的方法，其中在沒有外場的情況下執(zhí)行冷卻。更具體地，在這種方法中執(zhí)行下面的步驟。
1.將所選擇的磁位加熱到其阻塞溫度TB之上，TB即設(shè)置交換偏置方向的溫度。
2.通過跟隨局部磁滯回線獲得選擇的剩磁Mr0。一個(gè)可能的處理是通過施加足夠大的、方向與Mr0相反的磁場來使磁位的磁化飽和，接著施加方向?yàn)镸r0的較小磁場，以在去掉所施加的磁場后，產(chǎn)生等于Mr0的剩磁。然后去除磁場。
3.在不施加磁場的情況下，將位冷卻到低于TB的溫度。
4.剩磁值被印記在該AF-F位中，并不受用于對鄰近位進(jìn)行寫入的磁場的影響，或受來自鄰近磁位的雜散場的影響，只要將特殊的位保持在低于TB的溫度。
下面描述第二個(gè)寫處理方法，其中，在冷卻的過程中施加外場。
1.將所選擇的磁位加熱到其阻塞溫度TB之上，TB即設(shè)置交換偏置方向的溫度。
2.施加特殊幅度的磁場。
3.在施加的磁場中將位冷卻到低于TB的溫度。
4.對特殊幅度的磁場中的位的冷卻允許設(shè)置雙磁疇結(jié)構(gòu)，該雙磁疇結(jié)構(gòu)具有雙磁滯回線(具有選擇的剩磁值)。剩磁值被印記在該AF-F位中，并不受用于對鄰近位進(jìn)行寫入的磁場的影響，或受來自鄰近磁位的雜散場的影響，只要將特殊的位保持在低于TB的溫度。
在寬泛的場范圍內(nèi)非常穩(wěn)定的范圍-Ms和Ms之間，記錄的信號能夠被設(shè)置成與位的任意選擇的剩磁對應(yīng)?？梢酝ㄟ^任意的方法進(jìn)行局部加熱，例如，使用例如組合位/字線(例如，在CMOS型的存儲器中寫入位)的設(shè)計(jì)，利用激光、近場光學(xué)器件、導(dǎo)電掃描探針顯微鏡探針尖、或?qū)ξ槐旧砘蚺c所述位的區(qū)域接觸的部件進(jìn)行阻抗(電阻)加熱。AF材料需要具有對于應(yīng)用有用的TB＞80℃。合適的AF材料的例子包括但不限于NiO、IrMn和FeMn。對于多狀態(tài)“位”的讀出處理能夠通過各種方法來實(shí)現(xiàn)，包括磁光或磁阻的方法。一個(gè)可能的情況是測量與剩磁的值(與記錄的狀態(tài)對應(yīng))成比例的磁光克爾效應(yīng)(MOKE)。
這種多狀態(tài)位可用作生成新的多狀態(tài)邏輯部件和器件的基礎(chǔ)。在這種情況下，作為對激光加熱的替換，電阻性加熱可以用于上述的寫處理。讀出器可以是磁光和磁抗的。用于可能的磁抗讀出器的實(shí)施例可以是磁“位”頂部的磁抗傳感器。傳感器的阻抗值應(yīng)該獨(dú)特地對應(yīng)(成比例)于局部磁場的值，這與在GMR讀頭中使用的技術(shù)相似。
上述和其他材料的應(yīng)用包括磁記錄，例如高密度和高穩(wěn)定的硬盤驅(qū)動器件、磁帶、磁性RAM、其他的磁記錄器件，以及多狀態(tài)邏輯器件和邏輯電路的元件。其他的應(yīng)用也是可能的。
以上僅描述了少數(shù)應(yīng)用的實(shí)施例，還可以進(jìn)行其他的變化和修改。
權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)1.一種器件，包括磁存儲材料，所述磁存儲材料包括鐵磁層和鄰近的反鐵磁層，所述鐵磁層和鄰近的反鐵磁層相互磁性地耦合以在工作溫度下存儲數(shù)據(jù)，所述工作溫度低于所述反鐵磁層的阻塞溫度，所述阻塞溫度低于所述鐵磁材料的居里溫度。
2.如權(quán)利要求1所述的器件，其中，所述磁存儲材料被配置為具有多于兩種的磁狀態(tài)。
3.如權(quán)利要求1所述的器件，其中，所述鐵磁層和所述反鐵磁層被選擇，以將所述磁存儲材料的磁滯回線從零場偏移到大于所述器件中的雜散磁場的磁場。
4.如權(quán)利要求1所述的器件，還包括磁頭，讀寫所述磁存儲材料；以及溫度控制機(jī)制，當(dāng)向所選擇的磁疇寫入數(shù)據(jù)時(shí)，局部地控制所選擇的磁疇和所述磁存儲材料的溫度。
5.如權(quán)利要求4所述的器件，其中，所述溫度控制機(jī)制包括激光器，并在寫的過程中將來自所述激光器的激光束聚焦到所選擇的磁疇。
6.如權(quán)利要求5所述的器件，其中，所述溫度控制機(jī)制包括近場光學(xué)器件，以對所述激光束進(jìn)行聚焦。
7.如權(quán)利要求4所述的器件，其中，所述溫度控制機(jī)制包括導(dǎo)電掃描探針顯微鏡(SPM)的探針尖，用來加熱所選擇的磁疇。
8.如權(quán)利要求4所述的器件，其中，所述溫度控制機(jī)制包括阻抗(電阻)加熱機(jī)制作為各個(gè)磁疇的一部分。
9.如權(quán)利要求4所述的器件，其中，所述溫度控制機(jī)制包括與所述所選擇的磁疇接觸的阻抗(電阻)加熱元件。
10.如權(quán)利要求1所述的器件，還包括溫度控制機(jī)制，以在向所選擇的磁疇寫入數(shù)據(jù)時(shí)，局部地控制所述所選擇的磁疇和所述磁存儲材料的溫度11.如權(quán)利要求10所述的器件，其中，所述溫度控制機(jī)制包括激光器，并在寫的過程中將來自所述激光器的激光束聚焦到所選擇的磁疇。
12.如權(quán)利要求11所述的器件，其中，所述溫度控制機(jī)制包括近場光學(xué)器件，以對所述激光束進(jìn)行聚焦。
13.如權(quán)利要求10所述的器件，其中，所述溫度控制機(jī)制包括導(dǎo)電掃描探針顯微鏡(SPM)的探針尖，用來加熱所選擇的磁疇。
14.如權(quán)利要求10所述的器件，其中，所述溫度控制機(jī)制包括阻抗(電阻)加熱機(jī)制作為各個(gè)磁疇的一部分。
15.如權(quán)利要求10所述的器件，其中，所述溫度控制機(jī)制包括與所述所選擇的磁疇接觸的阻抗(電阻)加熱元件。
16.一種方法，包括提供一種磁存儲材料，所述磁存儲材料包括鐵磁層和鄰近的反鐵磁層，所述鐵磁層和鄰近的反鐵磁層相互磁性地耦合以在工作溫度下存儲數(shù)據(jù)，所述工作溫度低于所述反鐵磁層的阻塞溫度，所述阻塞溫度低于所述鐵磁材料的居里溫度；進(jìn)行局部加熱以使所述磁存儲材料中的所選擇的磁位的溫度高于
權(quán)利要求
1.一種器件，包括磁存儲材料，所述磁存儲材料包括鐵磁層和鄰近的反鐵磁層，所述鐵磁層和鄰近的反鐵磁層相互磁性地耦合以在工作溫度下存儲數(shù)據(jù)，所述工作溫度低于所述反鐵磁層的阻塞溫度，所述阻塞溫度低于所述鐵磁材料的居里溫度。
2.如權(quán)利要求1所述的器件，其中，所述磁存儲材料被配置為具有多于兩種的磁狀態(tài)。
3.如權(quán)利要求1所述的器件，其中，所述鐵磁層和所述反鐵磁層被選擇，以將所述磁存儲材料的磁滯回線從零場偏移到大于所述器件中的雜散磁場的磁場。
4.如權(quán)利要求1所述的器件，還包括磁頭，讀寫所述磁存儲材料；以及溫度控制機(jī)制，當(dāng)向所選擇的磁疇寫入數(shù)據(jù)時(shí)，局部地控制所選擇的磁疇和所述磁存儲材料的溫度。
5.如權(quán)利要求4所述的器件，其中，所述溫度控制機(jī)制包括激光器，并在寫的過程中將來自所述激光器的激光束聚焦到所選擇的磁疇。
6.如權(quán)利要求5所述的器件，其中，所述溫度控制機(jī)制包括近場光學(xué)器件，以對所述激光束進(jìn)行聚焦。
7.如權(quán)利要求4所述的器件，其中，所述溫度控制機(jī)制包括導(dǎo)電掃描探針顯微鏡(SPM)的探針尖，用來加熱所選擇的磁疇。
8.如權(quán)利要求4所述的器件，其中，所述溫度控制機(jī)制包括阻抗(電阻)加熱機(jī)制作為各個(gè)磁疇的一部分。
9.如權(quán)利要求4所述的器件，其中，所述溫度控制機(jī)制包括與所述所選擇的磁疇接觸的阻抗(電阻)加熱元件。
10.如權(quán)利要求1所述的器件，還包括溫度控制機(jī)制，以在向所選擇的磁疇寫入數(shù)據(jù)時(shí)，局部地控制所述所選擇的磁疇和所述磁存儲材料的溫度。
11.如權(quán)利要求10所述的器件，其中，所述溫度控制機(jī)制包括激光器，并在寫的過程中將來自所述激光器的激光束聚焦到所選擇的磁疇。
12.如權(quán)利要求11所述的器件，其中，所述溫度控制機(jī)制包括近場光學(xué)器件，以對所述激光束進(jìn)行聚焦。
13.如權(quán)利要求10所述的器件，其中，所述溫度控制機(jī)制包括導(dǎo)電掃描探針顯微鏡(SPM)的探針尖，用來加熱所選擇的磁疇。
14.如權(quán)利要求10所述的器件，其中，所述溫度控制機(jī)制包括阻抗(電阻)加熱機(jī)制作為各個(gè)磁疇的一部分。
15.如權(quán)利要求10所述的器件，其中，所述溫度控制機(jī)制包括與所述所選擇的磁疇接觸的阻抗(電阻)加熱元件。
16.一種方法，包括提供一種磁存儲材料，所述磁存儲材料包括鐵磁層和鄰近的反鐵磁層，所述鐵磁層和鄰近的反鐵磁層相互磁性地耦合以在工作溫度下存儲數(shù)據(jù)，所述工作溫度低于所述反鐵磁層的阻塞溫度，所述阻塞溫度低于所述鐵磁材料的居里溫度；進(jìn)行局部加熱以使所述磁存儲材料中的所選擇的磁位的溫度高于所述阻塞溫度；在高于所述阻塞溫度的所述溫度下，對所述所選擇的磁位應(yīng)用磁化處理，以將剩磁設(shè)置為從用于多狀態(tài)存儲媒介的預(yù)定剩磁集合中選擇的值，以對位進(jìn)行寫操作；去除所述所選擇的磁位處的外磁場；以及在所述零場，將所述所選擇的磁位的溫度降低到所述阻塞溫度之下，以將剩磁存儲在所述所選擇的位中。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，還包括當(dāng)檢測所述所選擇的磁位以進(jìn)行讀出時(shí)，將所述所選擇的磁位的溫度保持為低于所述阻塞溫度。
18.一種方法，包括提供一種磁存儲材料，所述磁存儲材料包括鐵磁層和鄰近的反鐵磁層，所述鐵磁層和鄰近的反鐵磁層相互磁性地耦合以在工作溫度下存儲數(shù)據(jù)，所述工作溫度低于所述反鐵磁層的阻塞溫度，所述阻塞溫度低于所述鐵磁材料的居里溫度；進(jìn)行局部加熱以使所述磁存儲材料中的所選擇的磁位的溫度高于所述阻塞溫度；在高于所述阻塞溫度的所述溫度下，對所述所選擇的磁位應(yīng)用磁化處理，以將剩磁設(shè)置為從用于多狀態(tài)存儲媒介的預(yù)定剩磁集合中所選擇的值，以對位進(jìn)行寫操作；在保持所述磁化處理的磁場的同時(shí)，將所述所選擇的磁位的溫度降低到所述阻塞溫度之下，以將所述剩磁存儲在所述所選擇的位中。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，還包括當(dāng)檢測所述所選擇的磁位以進(jìn)行讀出時(shí)，將所述所選擇的磁位的溫度保持為低于所述阻塞溫度。
20.一種方法，包括提供一種磁存儲材料作為二元存儲媒介，所述磁存儲材料包括鐵磁層和鄰近的反鐵磁層，所述鐵磁層和鄰近的反鐵磁層相互磁性地耦合以提供磁滯回線；以及配置所述鐵磁層和鄰近的反鐵磁層，以使得所述磁滯回線的中心離開H＝0處，從而使各個(gè)二元狀態(tài)相對于雜散磁場是穩(wěn)定的。
全文摘要
用于使用鐵磁和反鐵磁耦合和交換偏置的磁材料和方法，所述材料和方法用于二元和多狀態(tài)磁存儲器件。
文檔編號G11B5/66GK1997515SQ200580023848
公開日2007年7月11日 申請日期2005年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月13日
發(fā)明者伊戈?duì)枴·羅辛, 奧列格·彼得克, 拉斐爾·莫拉萊斯, 李志攀, 澤維爾·巴特勒, 伊萬·K·舒勒 申請人:加利福尼亞大學(xué)董事會