Exchange bias
વિનિમય પૂર્વગ્રહ અથવા વિનિમય અનિસોટ્રોપી ચુંબકીય સામગ્રીના બાયલેયર્સ (અથવા મલ્ટીલેયર્સ) માં થાય છે જ્યાં એન્ટિફેરોમેગ્નેટિક પાતળા ફિલ્મની સખત ચુંબકત્વ વર્તણૂક ફેરોમેગ્નેટિક ફિલ્મના નરમ ચુંબકત્વ વળાંકમાં પરિવર્તનનું કારણ બને છે. વિનિમય પૂર્વગ્રહની ઘટના ચુંબકીય રેકોર્ડિંગમાં જબરદસ્ત ઉપયોગીતા ધરાવે છે, જ્યાં તેનો ઉપયોગ હાર્ડ ડિસ્ક ડ્રાઇવ્સના રીડબેક હેડની સ્થિતિને બરાબર તેમના મહત્તમ સંવેદનશીલતાના બિંદુ પર પિન કરવા માટે થાય છે; તેથી શબ્દ "પૂર્વગ્રહ". મૂળભૂત વિજ્ઞાન આ ઘટના અંતર્ગત આવશ્યક ભૌતિકશાસ્ત્ર તેમના ઇન્ટરફેસ પર એન્ટિફેરોમેગ્નેટ અને ફેરોમેગ્નેટ વચ્ચેની વિનિમય ક્રિયાપ્રતિક્રિયા છે. એન્ટીફેરોમેગ્નેટમાં નાનું અથવા કોઈ ચોખ્ખું ચુંબકત્વ ન હોવાથી, તેમની સ્પિન દિશા માત્ર બાહ્ય રીતે લાગુ ચુંબકીય ક્ષેત્ર દ્વારા નબળી રીતે પ્રભાવિત થાય છે. એક નરમ ફેરોમેગ્નેટિક ફિલ્મ કે જે એન્ટિફેરોમેગ્નેટ સાથે મજબૂત રીતે વિનિમય-જોડી હોય છે તેની ઇન્ટરફેસિયલ સ્પિન પિન કરેલી હશે. ફેરોમૅગ્નેટની ક્ષણને ઉલટાવી દેવાથી એન્ટિફેરોમેગ્નેટિક ફિલ્મની અંદર નીલ ડોમેન દિવાલ બનાવવા માટે જરૂરી ઊર્જાને અનુરૂપ ઊર્જાસભર ખર્ચ થશે. ઉમેરાયેલ ઊર્જા શબ્દ ફેરોમૅગ્નેટના સ્વિચિંગ ક્ષેત્રમાં પરિવર્તન સૂચવે છે. આમ વિનિમય-પક્ષપાતી ફેરોમૅગ્નેટિક ફિલ્મનો ચુંબકત્વ વળાંક સામાન્ય ફેરોમૅગ્નેટ જેવો દેખાય છે સિવાય કે તે H = 0 અક્ષથી Hb જથ્થો દ્વારા દૂર ખસેડવામાં આવે છે. મોટાભાગના સારી રીતે અભ્યાસ કરાયેલા ફેરોમેગ્નેટ/એન્ટિફેરોમેગ્નેટ બાયલેયર્સમાં, ફેરોમેગ્નેટનું ક્યુરી તાપમાન એન્ટિફેરોમેગ્નેટના નીલ તાપમાન ટી. એન. કરતા વધારે હોય છે. આ અસમાનતાનો અર્થ એ છે કે વિનિમય પૂર્વગ્રહની દિશા લાગુ ચુંબકીય ક્ષેત્રની હાજરીમાં ટી. એન. દ્વારા ઠંડુ કરીને નક્કી કરી શકાય છે. ચુંબકીય રીતે ક્રમબદ્ધ ફેરોમૅગ્નેટની ક્ષણ એન્ટીફેરોમેગ્નેટ પર અસરકારક ક્ષેત્ર લાગુ કરશે કારણ કે તે આદેશ આપે છે, સમપ્રમાણતાને તોડે છે અને ડોમેન્સની રચનાને પ્રભાવિત કરે છે. વિનિમય પૂર્વગ્રહ અસર વિવિધ ચુંબકીય તબક્કાઓ વચ્ચેના આંતરપૃષ્ઠ પર રચાયેલી ફેરોમેગ્નેટિક યુનિડાયરેક્શનલ અનિસોટ્રોપીને આભારી છે. સામાન્ય રીતે, ઊંચા તાપમાનથી ક્ષેત્રને ઠંડક આપવાની પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ વિવિધ વિનિમય પૂર્વગ્રહ પ્રણાલીઓમાં ફેરોમેગ્નેટિક યુનિડાયરેક્શનલ અનિસોટ્રોપી મેળવવા માટે થાય છે. 2011 માં, ચુંબકીય અવસ્થામાંથી શૂન્ય-ક્ષેત્ર ઠંડક પછી મોટા વિનિમય પૂર્વગ્રહની અનુભૂતિ થઈ છે, જે પ્રારંભિક ચુંબકીયકરણ પ્રક્રિયા દરમિયાન વિવિધ ચુંબકીય તબક્કાઓ વચ્ચેના નવા રચાયેલા ઇન્ટરફેસને આભારી છે. પાતળા એન્ટીફેરોમેગ્નેટિક ફિલ્મોમાં ક્ષેત્રની દિવાલોની ગતિશીલતાનો અભ્યાસ કરવામાં મુશ્કેલીને કારણે એક્સચેન્જ અનિસોટ્રોપીને લાંબા સમયથી નબળી રીતે સમજવામાં આવી છે. સમસ્યાનો નિષ્કપટ અભિગમ એકમ વિસ્તાર દીઠ ઊર્જા માટે નીચેની અભિવ્યક્તિ સૂચવે છેઃ જ્યાં n એ એકમ વિસ્તાર દીઠ ઇન્ટરફેસિયલ સ્પિન ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓની સંખ્યા છે, જેક્સ એ ઇન્ટરફેસ પર વિનિમય અચળાંક છે, એસ સ્પિન વેક્ટરનો સંદર્ભ આપે છે, એમ ચુંબકકરણનો સંદર્ભ આપે છે, ટી ફિલ્મની જાડાઈનો સંદર્ભ આપે છે અને એચ એ બાહ્ય ક્ષેત્ર છે. સબસ્ક્રિપ્ટ એફ ફેરોમૅગ્નેટ અને એએફના એન્ટિફેરોમેગ્નેટના ગુણધર્મોનું વર્ણન કરે છે. અભિવ્યક્તિ મેગ્નેટોક્રિસ્ટલાઇન અનિસોટ્રોપીને બાકાત રાખે છે, જે એન્ટીફેરોમેગ્નેટની હાજરીથી અસરગ્રસ્ત નથી. ફેરોમૅગ્નેટના સ્વિચિંગ ફિલ્ડ પર, પ્રથમ ટર્મ દ્વારા રજૂ થતી પિનિંગ એનર્જી અને બીજી ટર્મ દ્વારા રજૂ થયેલ ઝીમેન ડાયપોલ કપલિંગ બરાબર સંતુલિત થશે. સમીકરણ પછી આગાહી કરે છે કે વિનિમય પૂર્વગ્રહ પાળી Hb અભિવ્યક્તિ દ્વારા આપવામાં આવશે વિનિમય પૂર્વગ્રહ સંબંધિત ઘણા પ્રાયોગિક તારણો આ સરળ મોડેલની વિરોધાભાસી છે. ઉદાહરણ તરીકે, માપેલા Hb મૂલ્યોની તીવ્રતા સામાન્ય રીતે પરિમાણોના વાજબી મૂલ્યો માટે સમીકરણ દ્વારા આગાહી કરતાં 100 ગણી ઓછી હોય છે. હિસ્ટ્રેસીસ શિફ્ટ એચ. બી. ની માત્રા ઇન્ટરફેસ પર દેખાતા એન્ટીફેરોમેગ્નેટના સમતલમાં બિન-વળતર સ્પિનની ઘનતા એન સાથે સહસંબંધિત નથી. વધુમાં, વિનિમય પૂર્વગ્રહ અસર પોલીક્રિસ્ટલાઇન કરતા એપિટેક્સિયલ બાયલેયર્સમાં ઓછી હોય છે, જે ખામીઓ માટે મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા સૂચવે છે. તાજેતરના વર્ષોમાં મૂળભૂત સમજણમાં પ્રગતિ સિંક્રોટ્રોન કિરણોત્સર્ગ આધારિત તત્વ-વિશિષ્ટ ચુંબકીય રેખીય ડાયક્રોઇઝમ પ્રયોગો દ્વારા કરવામાં આવી છે જે એન્ટિફેરોમેગ્નેટિક ડોમેન્સ અને આવર્તન-આધારિત ચુંબકીય સંવેદનશીલતા માપનની છબી બનાવી શકે છે જે ગતિશીલતાની તપાસ કરી શકે છે. ફે/ફેએફ2 અને ફે/એમએનએફ2 મોડલ પ્રણાલીઓ પર પ્રયોગો ખાસ કરીને ફળદાયી રહ્યા છે. તકનીકી અસર વિનિમય પૂર્વગ્રહનો ઉપયોગ શરૂઆતમાં અનિસોટ્રોપિક મેગ્નેટોરેસિસ્ટન્સ (એએમઆર) અસરના આધારે રીડબેક હેડમાં સોફ્ટ ફેરોમેગ્નેટિક સ્તરોના ચુંબકીયકરણને સ્થિર કરવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો. સ્થિરીકરણ વિના, માથાની ચુંબકીય ક્ષેત્રની સ્થિતિ અણધારી હોઈ શકે છે, જે વિશ્વસનીયતા સમસ્યાઓ તરફ દોરી જાય છે. હાલમાં, વિનિમય પૂર્વગ્રહનો ઉપયોગ સ્પિન વાલ્વ રીડબેક હેડ અને એમઆરએએમ મેમરી સર્કિટમાં સખત સંદર્ભ સ્તરને પિન કરવા માટે થાય છે જે વિશાળ મેગ્નેટોરેસિસ્ટન્સ અથવા ચુંબકીય ટનલિંગ અસરનો ઉપયોગ કરે છે. તેવી જ રીતે, સૌથી અદ્યતન ડિસ્ક મીડિયા એન્ટીફેરોમેગ્નેટિકલી કપલ્ડ છે, જે નાના ચુંબકીય કણોની સ્થિરતાને અસરકારક રીતે વધારવા માટે ઇન્ટરફેસિયલ એક્સચેન્જનો ઉપયોગ કરે છે, જેની વર્તણૂક અન્યથા સુપરપેરામેગ્નેટિક હશે. વિનિમય પૂર્વગ્રહ સામગ્રી માટે ઇચ્છનીય ગુણધર્મોમાં ઉચ્ચ નીલ તાપમાન, વિશાળ મેગ્નેટોક્રિસ્ટલાઇન અનિસોટ્રોપી અને સૌથી મહત્વપૂર્ણ લોહચુંબકીય ફિલ્મો NiFe અને Co સાથે સારી રાસાયણિક અને માળખાકીય સુસંગતતાનો સમાવેશ થાય છે. સૌથી વધુ તકનીકી રીતે નોંધપાત્ર વિનિમય પૂર્વગ્રહ સામગ્રી એ રોક્સસાલ્ટ-સ્ટ્રક્ચર એન્ટિફેરોમેગ્નેટિક ઓક્સાઇડ જેવા કે NiO, CoO અને તેમના મિશ્રધાતુઓ અને ફેમન, NiMn, IRMn જેવા રોક્સસાલ્ટ-સ્ટ્રક્ચર ઇન્ટરમેટેલિક્સ અને તેમના મિશ્રધાતુઓ છે. ઇતિહાસ એક્સચેન્જ એનિસોટ્રોપીની શોધ 1956માં જનરલ ઇલેક્ટ્રીકના મેકલેજોન અને બીન દ્વારા કરવામાં આવી હતી. એક્સચેન્જ બાયસનો ઉપયોગ કરનાર પ્રથમ વ્યાવસાયિક ઉપકરણ આઇબીએમનું એનિસોટ્રોપિક મેગ્નેટોરેસિસ્ટન્સ (એએમઆર) ડિસ્ક ડ્રાઇવ રેકોર્ડિંગ હેડ હતું, જે 1970ના દાયકામાં હન્ટ દ્વારા ડિઝાઇન પર આધારિત હતું, પરંતુ જે 1990ના દાયકાની શરૂઆત સુધી ઇન્ડક્ટિવ રીડબેક હેડને સંપૂર્ણપણે વિસ્થાપિત કરી શક્યું ન હતું. 1990 ના દાયકાના મધ્ય સુધીમાં, એક્સચેન્જ-બાયસ સ્તરનો ઉપયોગ કરીને સ્પિન વાલ્વ હેડ એ. એમ. આર. હેડને વિસ્થાપિત કરવાના માર્ગ પર હતું. સંદર્ભો એસ. ચિકઝુમી અને એસ. એચ. ચારપ, ફિઝિક્સ ઓફ મેગ્નેટિઝમ, એએસઆઈએન બી0007ડીઓડીએનએ. જ્હોન સી. મેલિન્સન, મેગ્નેટો-રેઝિસ્ટિવ અને સ્પિન વાલ્વ હેડ્સઃ ફંડામેન્ટલ્સ એન્ડ એપ્લિકેશન્સ. ઇવાન કે. શુલર અને જી. ગુંથેરોડ, "ધ એક્સચેન્જ બાયસ મેનિફેસ્ટો", 2002. મેગ્નેટિક હિસ્ટ્રેસીસમાં વિદ્યુત અને ચુંબકીય ક્ષેત્રો