Manyetoelektrik Cr2O3 tabanlı ince film sistemlerinde dik exchange bıas etkisinin incelenmesi

Abstract

Son yıllarda bilgi depolama teknolojisindeki uygulamaları sayesinde manyetik okuyucu başlıklar, manyetik rastgele erişimli bellekler (MRAM) ve spin vanaları büyük ilgi çekmektedir. Bu tür cihazların gelişmesindeki ana unsur exchange bias etkisidir. Bununla birlikte, manyetoelektrik Cr2O3 tabakası çoklu kristal yapıda büyütülebildiği ve Néel sıcaklığı yaklaşık 307 K olduğu için manyetik ve yapısal özellikleri açısından spintronik araştırmalar için uygun bir malzemedir. Bu tez çalışmasında ME/AFM Cr2O3 tabakası içeren exchange bias sistemleri x-ışını kırınımı, x-ışını yansıması, manyeto-optik Kerr etkisi, ferromanyetik rezonans, titreşimli örnek manyetometresi ve anormal Hall etkisi yöntemleri kullanılarak çalışıldı. Tezin birinci bölümünde, manyetizma-exchange bias ve manyetoelektrik-exchange bias arasındaki etkileşme değerlendirildi. İkinci bölümde, MOKE sistemi için deney düzeneği kurulumu ve kontrolünden bahsedildi. Buna ek olarak, MOKE deney düzeneğine eklenen sıcaklığa bağlı transport ölçüm sistemi anlatıldı. Üçüncü bölümde, magnetron saçtırma tekniği ile Si (111) alttaşlar üzerine büyütülen Pt/Co/Cr2O3 ince filmlerin yapısal ve manyetik özellikleri hakkında bilgi verildi. Tezin son bölümünde ise sıcaklığın düşmesiyle örnek düzlemine dik exchange bias etkisinin azalma davranışı detaylıca tartışıldı.

In recent years, magnetic read heads, magnetic random access memories (MRAM) and magneto-electronic switching devices (spin valves) have received much attention due to their applications in data storage technology. One of the key elements in development of such devices is exchange bias (EB) effect. In addition, magnetoelectric (ME) / antiferromagnetic (AFM) Cr2O3 has convenient magnetic and structural properties for spintronic applications because of its relatively high Néel temperature (307 K) easily grown polycrystalline structure. In this thesis, exchange bias systems which include Cr2O3 layer are studied using x-ray reflectivity (XRR) and x-ray diffraction (XRD), magneto-optical Kerr effect (MOKE), ferromagnetic resonance (FMR), vibrating sample magnetometry (VSM) and anomalous Hall effect (AHE) methods. In the first part of the thesis, the correlation between magnetism-exchange bias and magnetoelectricity-exchange bias has been reviewed. In the second part, the installation and operation details for the MOKE system have been given. In addition, cryostat system for transport measurements attached to the MOKE setup has been explained. In the third part of the thesis, the structural and magnetic properties of Pt/Co/Cr2O3 thin films, grown on Si (111) substrates by using magnetron sputter, were reported. In the last part of the thesis, the unusual temperature dependence of perpendicular exchange bias in Pt/Co/Cr2O3 thin films has been discussed.