题目：Fe/Si单晶薄膜磁各向异性和磁化翻转的研究

在二维超薄膜、一维纳米线和零维纳米点以及由这些结构组成的纳米复合结构的研究中，有关基础研究和包括超高密度磁存储、磁性传感器在内的潜在应用研究具有重要的学术价值和应用价值，也一直是近年来的前沿研究领域和研究热点。在本文中，我们选择微电子技术中使用最多的硅作为衬底，研究铁薄膜的磁各向异性和磁化翻转等磁学问题。具体工作如下：

在Si(111)衬底表面外延生长铁薄膜，借助各向异性磁电阻的测量研究其磁各向异性信息。研究发现，利用各向异性磁电阻可以精确得到Fe(111)单晶薄膜磁各向异性常数，并且由于台阶面略微偏移样品面，致使样品的各向异性出现了由台阶诱导的单轴各向异性以及Fe(111)面略微偏离样品面而出现的四重各向异性。进一步分析发现，其四重对称性来源于一阶磁晶各向异性。

在Si(001)衬底上外延生长铁薄膜，研究铁薄膜的磁化翻转过程和各向异性的相关信息。首先用一个弱偏置场诱导磁化翻转过程，发现偏置场在破坏外磁场的对称性以后，在同一条磁滞回线中诱导出两种不同类型的畴壁位移过程，即90°和180°畴的畴壁位移过程，通过统计不同角度下磁滞回线的矫顽力，也计算得到了相应的畴壁钉扎能。和以往的测试过程相比，偏置场的引入大大减少了测试的复杂程度，节省了测试时间。

利用各向异性磁电阻研究Fe(001)薄膜的磁各向异性。实验发现，在转矩测试过程中，当外磁场较小时，由于畴壁位移过程的出现，其磁化翻转过程是一致转动和畴壁位移过程的结合，磁矩只在易轴附近做一致转动。我们通过转矩曲线在易轴附近的斜率得到了其磁各向异性的相关信息，包括磁晶各向异性和单轴各向异性常数。这对于Fe(001)薄膜来说，将转矩法所需的最小外磁场从饱和场以上拓宽到了矫顽场附近。

最后，在具有4°斜切的Si(001)衬底上利用平面霍尔效应和反常霍尔效应研究磁矩在三维空间的分布。实验发现，我们不仅可以探测整个磁矩在三维空间内的方向，也得到了相关的磁各向异性以及畴壁位移过程的信息。在不同温度下，其磁晶各向异性基本不随温度变化，但是单轴各向异性以及畴壁钉扎能都随着温度的降低而显著增大；而对磁滞回线的分析发现，除了矫顽力发生变化，其回线形状并没有显著改变。