Manyetik ince filmlerin manyetik ve elektriksel özelliklerinin araştırılması

Abstract

Bu çalışmada Si/SiO2 alttaş üzerine büyütülmüş Fe/SiO2/Ni ve Fe/SiO2/Co ve IrMn/Co/Pt ile IrMn/Co/Cu/Py/Pt çok katlı ince film örneklerinin manyetik ve elektriksel özellikleri incelenmiştir. Birinci grup çok katlı örnekler iki aşamalı kaplama işlemiyle hazırlanmıştır. Birinci aşamada, yon demeti kaplama ikinci aşamada ise puls lazer kaplama tekniği kullanılmıştır. Kaplanan tabakaların kalınlığı Rutherford geri saçılma (Rutherford Back Scattering-RBS) ile ölçülmüştür. Ferromanyetik iki tabakalıların manyetik özellikleri oda sıcaklığında FMR ve VSM teknikleriyle incelenmiştir. Standart 4-nokta manyeto-transport ölçümleri çeşitli sıcaklıklarda gerçekleştirildi. Fe/SiO2/Ni ve Fe/SiO2/Co örneklerinin örnek düzlemiçi (in-plane) histerezis döngülerinde iki adımlı değişim gözlendi. İki örneğin de histerezis döngülerinin ortasındaki kesişme ince filmin manyetik tabakaları arasında zayıf bir antiferromanyetik etkileşme olduğuna işaret etmektedir. Manyeto-transport ölçümleri hem oda hem de düşük sıcaklıkta anizotropik manyetik rezistansın baskın katkısını göstermektedir. FMR çalışmaları Fe/SiO2/Ni ve Fe/SiO2/Co örneklerinde üst ve alt ferromanyetik tabakalar arasında zayıf bir antiferromanyetik ara tabaka etkileşimi olduğunu ortaya çıkarmıştır. Antiferromanyetik etkileşmenin kaynağı da tartışılmıştır. Ayrıca GTÜ'de hazırlanan IrMn/Co/Pt tek katlı ince film örneğinin manyetik özellikleri incelenmiş ve IrMn/Co/Cu/Py/Pt örneğinin elektriksel algılamayla FMR ölçümleri yapılmıştır. Bu ölçümlerde örneğin kendisi mikrodalga iletim hattı olarak kullanılmıştır. Mikrodalga ışınımı ile birlikte örnek manyetik alan içine konulduğunda FMR olayı esnasında spin doğrultma/diyot/rektifikasyon etkisinden (Spin Rectification Effect) dolayı örnek üzerinde FMR eğrisini yansıtan DC voltaj elde edilmiştir.

In this work, the magnetic and transport properties of Fe/SiO2/Ni and Fe/SiO2/Co and IrMn/Co/Pt and IrMn/Co/Cu/Py/Pt multilayer thin films on the Si/SiO2 substrates were studied. The first group of multilayers samples were prepared by two-stage deposition process. Ion beam deposition technique was used at the first stage and PLD technique at the second stage.The thickness of deposited layers were measured by Rutherford back scattering (RBS). Magnetic properties of ferromagnetic bilayers were investigated by room-temperature FMR and VSM techniques. Standard 4-point magneto-transport measurements at various temperatures were performed. Two-step switching in the in-plane hysteresis loops of Fe/SiO2/Ni and Fe/SiO2/Co samples was observed. A crossing in the middle of hysteresis loops of both samples points to a weak antiferromagnetic interaction between the magnetic layers of the stacks. Magneto-transport measurements showed the predominant contribution of anisotropic magnetic resistance both at room and low temperatures. FMR studies revealed a weak antiferromagnetic interlayer interaction between the top and bottom ferromagnetic layers in Fe/SiO2/Ni and Fe/SiO2/Co samples. An origin of the antiferromagnetic interaction was also discussed. Additionally the magnetic properties of the IrMn/Co/Pt sample, prepared at GTU, were investigated and electrically detected FMR measurements of the IrMn/Co/Cu/Py/Pt sample were performed. In these measurements, the sample itself was used as a transmission line. During these measurements, when the sample placed under the effect of microwave radiation together with the external magnetic field, a FMR phenomenon results in a DC voltage, reflecting the FMR curve, due to the Spin Rectification Effect.