Microscopic origin of magnetocrystalline anisotropy in transition metal thin films

凝聚态物理 磁晶各向异性 磁各向异性 磁矩 磁偶极子 磁圆二色性 偶极子 物理 自旋(空气动力学) 各向异性 各向异性能量 材料科学 磁场 磁化 量子力学 谱线 热力学
作者
G. van der Laan
出处
期刊:Journal of Physics: Condensed Matter [IOP Publishing]
卷期号:10 (14): 3239-3253 被引量:320
标识
DOI:10.1088/0953-8984/10/14/012
摘要

We investigate the relation between the magnetocrystalline anisotropy energy (MAE) and the electronic structure for transition metal thin films and surfaces which can display enhanced orbital magnetic moments. When the spin-orbit interaction is treated in second order, the MAE is proportional to the expectation value of the orbital magnetic moment as given by Bruno's model. However, there are additional terms which are related to the spin-subband orbital moment and to the magnetic dipole operator due to the anisotropy of the field of the spin. The latter term accounts for the spin-flip excitations between the exchange split majority and minority spin bands. A conjecture is proposed which relates the MAE to the expectation values of the orbital moments and the magnetic dipole term. It is shown how the different terms can be obtained experimentally with (transverse) magnetic circular x-ray dichroism. The model explains the experimentally observed perpendicular magnetic anisotropy in Co and Fe based multilayers and thin films.

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