Breakdown of antiferromagnet order in polycrystalline NiFe/NiO bilayers probed with acoustic emission

Abstract

Magnetization reversal of polycrystalline NiFe/NiO bilayers was investigated using magnetooptical indicator film imaging and acoustic emission techniques. Sporadic acoustic signals were detected in a constant magnetic field after the magnetization reversal. It is suggested that they are related to elastic waves excited by sharp shocks in the NiO layer with strong magnetostriction. Their probability depends on the history and number of repetitions of the field cycling, thus testifying the thermal-activation nature of the long-time relaxation of an antiferromagnetic order. These results provide evidence of spontaneous thermally activated switching of the antiferromagnetic order in NiO grains during magnetization reversal in ferromagnet/antiferromagnet (FM/AFM) heterostructures. The respective deformation modes are discussed in terms of the thermal fluctuation aftereffect in the Fulcomer and Charap model which predicts that irreversible breakdown of the original spin orientation can take place in some antiferromagnetic grains with disordered anisotropy axes during magnetization reversal of exchange-coupled FM/AFM structures. The spin reorientation in the saturated state may induce abrupt distortion of isolated metastable grains because of the NiO magnetostriction, leading to excitation of shock waves and formation of plate (or Lamb) waves.

Доменная структура и микромеханизмы перемагничивания в квазидвумерных обменно-смещeнных наномагнетиках

“…Для регистрации упругих возбуждений, обусловленных деформацией образца, возникающих в поликристаллических гетероструктурах с магнитострикционным антиферромагнитным слоем NiO, использовался метод акустической эмиссии. Используемый для исследований пластичности [25][26][27], этот метод был адаптирован для выявления магнитоупругих эффектов в плeнках [28]. Образец и пьезоэлектрический датчик, располагающийся на поверхности образца через прослойку смазки для лучшего контакта с этой поверхностью, помещались в однородное магнитное поле.…”