BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
HỆ THỐNG THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

Lọc theo danh mục
  • Năm xuất bản
    Xem thêm
  • Lĩnh vực
liên kết website
Lượt truy cập
 Lượt truy cập :  21,940,277
  • Công bố khoa học và công nghệ Việt Nam

Nguyễn Thị Ngọc Anh, Nguyễn Thị Huế, Nguyễn Thị Thanh Thúy, Cao Thị Thanh Hải, Đinh Hùng Mạnh, Đỗ Hùng Mạnh, Vũ Đình Lãm, Nguyễn Văn Đăng(1)

TUNABLE PERPENDICULAR EXCHANG BIAS AND COERCIVITY IN [Co/Pd]/IrMn MULTILAYERS

ĐIỀU BIẾN TRƯỜNG TRAO ĐỔI DỊCH VÀ LỰC KHÁNG TỪ THEO PHƯƠNG VUÔNG GÓC TRONG MÀNG ĐA LỚP [Co/Pd]/IrMn

Tạp chí Khoa học và Công nghệ - Đại học Thái Nguyên

2019

07

Hiệu ứng trao đổi dịch (EB) đã được khảo sát trong các vật liệu từ có lớp tiếp xúc sắt từ/phản sắt từ (FM/AFM) hơn nửa thập kỷ qua. Hầu hết các nghiên cứu đều được thực hiện trên các vật liệu từ truyền thống có dị hướng từ nằm trong mặt phẳng mẫu (dị hướng từ song song). Trong nghiên cứu này các hệ vật liệu có lớp tiếp xúc FM/AFM dựa trên màng đa lớp [Co/Pd]/IrMn có dị hướng từ vuông góc được chế tạo bằng phương pháp phún xạ magnetron. Đặc trưng cấu trúc và tính chất từ của các màng đa lớp đã chế tạo được khảo sát lần lượt với phép đo nhiễu xạ tia X (XRD) và phép đo từ kế mẫu rung (VSM). Sự phụ thuộc của trường trao đổi dịch (HEB) và lực kháng từ (HC) theo phương vuông góc trong màng đa lớp [Co/Pd]/IrMn vào số lớp, vào chiều dày của lớp Co và lớp Pd được tiến hành khảo sát một cách hệ thống. Kết quả thực nghiệm chỉ ra rằng các màng đã chế tạo có dị hướng từ vuông góc tốt, có hiệu ứng trao đổi dịch theo phương vuông góc cao ở nhiệt độ phòng. Thú vị hơn nữa, giá trị HEB và HC của màng đa lớp [Co/Pd]/IrMn có thể điều biến được một cách dễ dàng thông qua sự thay đổi về i) số lớp N; ii) chiều dày của lớp Co (tCo); và iii) chiều dày của lớp Pd (tPd) trong màng đa lớp [Co/Pd].

The effect of exchange bias (EB) has been investigated in ferromagnet/antiferromagnet (FM/AFM) bilayers for more than fifty years. Up to now, most studies have focused on conventional in-plane magnetic anisotropy materials. In this study, the FM/AFM systems with perpendicular magnetic anisotropy were fabricated using a magnetron sputtering system. Structural and magnetic properties of the fabricated multilayers (MLs) were carried out by using X-Ray Diffraction (XRD) and Vibrating Sample Magnetometer (VSM) systems, respectively. The dependence of the exchange bias field and coercivity of [Co/Pd]/IrMn MLs on the multilayer repetition number, thickness of Co layer and Pd layer have been investigated systematically. The experimental results showed that the developed MLs have a strong perpendicular magnetic anisotropy and a large perpendicular exchange bias at room temperature. Interestingly, the perpendicular exchange bias field (HEB) and coercivity (HC) of [Co/Pd]/IrMn MLs can be easily tuned by tuning i) multilayer repetition number N, ii) Co thickness (tCo); and iii) Pd thickness (tPd).

Xem toàn văn
  • [1] M. Robinson, Y. Au, J. W. Knepper, F. Y. Yang, R. Sooryakumar (2006), Magnetic imaging of layer-by-layer reversal in Co∕Pt multilayers with perpendicular anisotropy,Phys. Rev. B T. 73, S. 22, pp. 224422
  • [2] P. S. Carcia, A. D. Meinhaldt and A. Suna (1985), Perpendicular magnetic anisotropy in Pd/Co thin film layered structures,Appl. Phys. Lett., T. 47, S. 2, pp. 178
  • [3] L. Tryputen, F. Guo, F. Liu, T. N. A. Nguyen, M. S. Mohseni, S. Chung, Y. Fang, J. Akerman, R. D. McMichael, and C. A. Ross (2015), Magnetic structure and anisotropy of [Co/Pd]5/NiFe multilayers,Phys. Rev. B, T. 91, pp. 014407
  • [4] O. Hellwig, T. Hauet, T. Thomson, E. Dobisz, J. D. RisnerJamtgaard, D. Yaney, B.D. Terris, and E.E. Fullerton (2009), Coercivity tuning in Co/Pd multilayer based bit patterned media,Appl. Phys. Lett. T. 95, S. 23, pp. 232505
  • [5] T. N. Anh Nguyen, Y. Fang, V. Fallahi, N. Benatmane, S. M. Mohseni, R. K. Dumas, and Johan Åkerman (2011), [Co/Pd]–NiFe exchange springs with tunable magnetization tilt angle,Appl. Phys. Lett. T. 98, S. 17, pp. 172502
  • [6] W. S. Chung, S. M. Yang, T. W. Kim, J. P. Hong (2016), Ultrathin Co-O oxide layer-driven perpendicular magnetic anisotropy in a CoO/[Co/Pd]m multilayer matrix upon annealing,Sci. Rep. T. 6, pp. 37503
  • [7] D.-T. Ngo, Z.L. Meng, T. Tahmasebi, X. Yu, E. Thoeng, L.H. Yeo, A. Rusydi, G.C. Han, K.- L. Teo (2014), Interfacial tuning of perpendicular magnetic anisotropy and spin magnetic moment in CoFe/Pd multilayers,J. Magn. Magn. Mater. T. 350, pp. 42-46
  • [8] M. Endo, S. Kanai, S. Ikeda, F. Matsukura, and H. Ohno (2010), Electric-field effects on thickness dependent magnetic anisotropy of sputtered MgO/Co40Fe40B20/Ta structures,Appl. Phys. Lett. T. 96, S. 21, pp. 212503
  • [9] C.W. Barton, T.J.A. Slater, R.M. RowanRobinson, S.J. Haigh, D. Atkinson, and T. Thomson (2014), J. Appl. Phys.,J. Appl. Phys., 116, pp. 203903
  • [10] I. L. Castro, V. P. Nascimento, E. C. Passamani, A.Y. Takeuchi, C. Larica, M. Tafur, and F. Pelegrini (2013), The role of the (111) texture on the exchange bias and interlayer coupling effects observed in sputtered NiFe/IrMn/Co trilayers,J. Appl. Phys. T. 113, S. 20, pp. 203903
  • [11] Y. T. Chen, S. U. Jen, Y. D. Yao, J. M. Wu, J.H. Liao, and T.B. Wu (2008), Exchange biasing observed in the Co/Ir20Mn80 system,J. Alloys Compd. T. 448, pp. 59
  • [12] M. Fecioru-Morariu, G. Guntherodt, M. Ruhrig, A. Lamperti, and B. Tanner (2007), Exchange coupling between an amorphous ferromagnet and a crystalline antiferromagnet,J. Appl. Phys. T. 102, S. 5, pp. 053911
  • [13] G. Anderson, Y. Huai, and L. Miloslawsky (2000), CoFe/IrMn Exchange Biased Top, Bottom, and Dual Spin Valves,J. Appl. Phys. T. 87, pp. 6989- 6991
  • [14] M. T. Johnson, P. J. H. Bloemen, F. J. A. den Broeder, and J.J. de Vries (1996), Magnetic anisotropy in metallic multilayers,Rep. Prog. Phys. T. 59, S. 11, pp. 1409
  • [15] M. Y. Im, L. Bocklage, P. Fischer, G. Meier (2009), Direct observation of stochastic domain-wall depinning in magnetic nanowires,Phys. Rev. Lett. T. 102, S. 14, pp. 147204
  • [16] M. Albert, M. Franchin, T. Fischbacher, G. Meier, H. Fangohr (2012), Domain wall motion in perpendicular anisotropy nanowires with edge roughness,J. Phys.: Condens. Matter. T. 24, S. 2, pp. 024219
  • [17] H. J. Zhang, S. Yamamoto, Y. Fukaya, M. Maekawa, H. Li, A. Kawasuso, T. Seki, E. Saitoh & K. Takanashi (2014), Current-induced spin polarization on metal surfaces probed by spin-polarized positron beam,Sci. Rep. T. 4, pp. 4844
  • [18] H. Nemoto, H. Nakagawa, Y. Hosoe (2003), Dependence of Co/Pd Superlattice Properties on Pd Layer Thickness,IEEE Trans. Magn. T. 39, S. 5, pp. 2714-2716
  • [19] T.Tahmasebi, S.N. Piramanayagam, R. Sbiaa, R. Law, T.C. Chong (2010), Effect of different seed layers on magnetic and transport properties of perpendicular anisotropic spin valves,IEEE Trans. Magn. T. 46, S. 6, pp. 1933
  • [20] R. Law, R. Sbiaa, T. Liew, T.C. Chong (2007), Effects of Ta seed layer and annealing on magnetoresistance in CoFePd -based pseudo-spinvalves with perpendicular anisotropy,Appl. Phys. Lett. T. 91, S. 24, pp. 242504
  • [21] C. W. Barton and T. Thomson (2015), Magnetisation reversal in anisotropy graded Co/Pd multilayers,J. Appl. Phys. T. 118, S. 6, pp. 063901
  • [22] P. F. Carcia (1988), Perpendicular magnetic anisotropy in Pd/Co and Pt/Co thin‐film layered structures,J. App. Phys. T. 63,, S. 10, pp. 5066
  • [23] S. van. Dijken, J. Moritz, and J.M.D. Coey (2005), Correlation between perpendicular exchange bias and magnetic anisotropy in IrMn/[Co∕Pt]n and [Pt∕Co]n/IrMn multilayers,J. Appl. Phys. T. 97, S. 6, pp. 063907
  • [24] F. Garcia, J. Sort, B. Rodmacq, S. Auffret, and B. Dieny (2003), Large anomalous enhancement of perpendicular exchange bias by introduction of a nonmagnetic spacer between the ferromagnetic and antiferromagnetic layers,Appl. Phys. Lett. T. 83, S. 17, pp. 3537
  • [25] Sort, V. Baltz, F. Garcia, B. Rodmacq, and B. Dieny (2005), Tailoring perpendicular exchange bias in [Pt/Co]-IrMn multilayers,Phys. Rev. B T. 71, S. 5, pp. 054411
  • [26] J.-B. Lee, G.-G. An, S.-M. Yang, H.-S. Park, W.-S. Chung & J.-P. Hong (2016), Thermally robust perpendicular Co/Pd-based synthetic antiferromagnetic coupling enabled by a W capping or buffer layer,Sci. Rep. T. 6, pp. 21324
  • [27] T. Onoue, J. Kawaji, K. Kuramochi, T. Asahi, and T. Osaka (2001), Effect of underlayer on magnetic properties of Co/Pd multilayer perpendicular magnetic recording media,J. Magn. Magn. Mater. T. 235, S.1-3, pp. 82-86
  • [28] J. Sort, B. Dieny, M. Fraune, C. Koenig, F. Lunnebach, B. Beschoten, G. Güntherodt (2004), Perpendicular exchange bias in antiferromagnetic-ferromagnetic nanostructures,Appl. Phys. Lett. T. 84, S. 18, pp.3696-3698
  • [29] Y. Liu and S. Adenwalla (2003), Closely linear temperature dependence of exchange bias and coercivity in out-of-plane exchange-biased [Pt/Co]3/NiO (11 Å) multilayer,J. Appl. Phys. T. 94, S. 2, pp. 1105
  • [30] O. Hellwig, S. Maat, J.B. Kortright, and E.E. Fullerton (2002), Magnetic reversal of perpendicularlybiased Co/Pt multilayers,Phys. Rev. B T. 65,S.14, pp. 144418
  • [31] S. Maat, K. Takano, S.S.P. Parkin, and E.E. Fullerton (2001), Perpendicular Exchange Bias of Co/Pt Multilayers,Phys. Rev. Lett. T. 87, S. 8, pp. 087202
  • [32] R. Sbiaa, H. Meng, S.N. Piramanayagam (2011), Materials with perpendicular magnetic anisotropy for magnetic random access memory,Phys. Status Solidi RRL—Rapid Res. Lett. T. 5, S. 12, pp. 413–419
  • [33] B. Tudu, A. Tiwari (2017), Recent Developments in Perpendicular Magnetic Anisotropy Thin Films for Data Storage Applications,Vacuum, No.146, pp. 329–341
  • [34] P.P. Freitas, R. Ferreira, S. Cardoso, and F. Cardoso (2007), Magnetoresistive sensors,J. Phys.: Condens. Matter. T.19, S. 16, pp.165221
  • [35] S.S.P. Parkin, K.P. Roche, M.G. Samant, P.M. Rice, R.B. Beyers, R.E. Scheuerlein, E.J. O’Sullivan, S.L. Brown, J. Bucchigano, D.W. Abraham, Y. Lu, M. Rooks, P.L. Trouilloud, R.A. Wanner, and W.J. Gallagher (1999), Exchange-biased magnetic tunnel junctions and application to nonvolatile magnetic random access memory (invited),J. Appl. Phys. T. 85, S. 8, pp. 5828– 5833
  • [36] A.E. Berkowitz, & K. Takano (1999), Exchange anisotropy — a review,J. Magn. Magn. Mater. T. 200, S. 1-3, pp. 552–570
  • [37] J. Nogués, & I.K. Schuller (1999), Exchange bias,J. Magn. Magn. Mater. T. 192, tr. 203–232
  • [38] W.H. Meiklejohn and C.P. Bean (1957), New Magnetic Anisotropy,Phys. Rev. T. 105, S. 3, pp. 904
  • [39] W.H. Meiklejohn and C.P. Bean (1956), New Magnetic Anisotropy,Phys. Rev. T. 102, S. 5, pp. 1413