调控磁性薄膜的磁晶各向异性大小与方向成为当前磁性薄膜研究的重要问题之一。因为磁晶各向异性起源于自旋-轨道耦合，当磁性薄膜中晶格自身发生微小形变或者受到外延基体表面结构影响而产生应力时，晶格内电子轨道会受到很大的影响，进而引起磁性薄膜磁晶各向异性方向与大小的变化。利用具有结构对称破缺单晶基片来诱导外延生长薄膜的磁晶各向异性方向与大小，此类调控对自旋电子学器件的制备有很重要的物理意义。我们利用分子束外延技术，在具有6度倾斜角的Cu(001)单晶基体(具有原子台阶)上，外延生长单晶多层薄膜系统Cu/Py/Ni/Cu(001)，其中基片原子台阶平行于[110]方向。Py单晶薄膜的引入导致了Ni的本征自旋再取向临界厚度的增加，进而扩大了研究Ni面内磁晶各向异性的厚度范围。利用旋转磁光克尔(ROTMOKE)测量了原子台阶引起Cu/Py/Ni/Cu(001)薄膜系统中Py与Ni的磁晶各向异性与厚度的函数关系。我们发现，Cu(001)基片上的原子台阶，引起了Py与Ni薄膜的单轴各向异性，且两者各向异性的方向都垂直于原子台阶方向。通过测量不同厚度Py与Ni下的磁晶各向异性场，得到Py与Ni单轴磁晶各向异性体积项的具体大小。进一步，当Ni厚度低于或高于5ML时，其单轴与四度磁晶各向异性具有不同的值。相关工作已发表于Scientific Report 5 (2015) 11055。

 

Fig. 5 (a) Schematic drawing of the double wedged Py/Ni films on vicinal Cu(001). (b) LEED patterns taken at E~130 eV at each growth stage of the vicinal Cu/Py/Ni/Cu(001).

Fig. 5. (a) Polar and longitudinal hysteresis loops of vicinal Cu/Py(6ML)/Ni/Cu(001) show clearly the SRT from in-plane to out-of-plane directions as the Ni film increases above 11ML. The in-plane magnetic field was applied perpendicular to the atomic steps for longitudinal loop measurement. (b) Polar MOKE signal (arb. unit) in the Py-Ni thickness plane. Dashed line indicates the SRT point.