Co/CoO tabanlı ince filmlerde exchange bıas`ın elektrik alan ile kontrolü

Abstract

Manyetik ince filmlerde elde edilen exchange bias etkisi teknolojik uygulamalara uygunluğu nedeniyle önemli bir çalışma alanıdır. Bunun yanında, teknolojik cihazlarda hedeflenen bir işi daha az enerji tüketerek yapan tasarımlar da ayrı bir önem taşımaktadır. Exchange bias etkisinin kontrolünü elektrik alan ile yapabilmek enerji kullanımı ve cihaz tasarımı açısından büyük bir avantaj sağlayacaktır. Bu tez çalışmasında exchange biasın elektrik alan ile kontrolünü gerçekleştirebilmek için Si tabanlı alttaşlar üzerine büyütülen Co/CoO tabanlı manyetik ince filmler üzerinde çalışıldı.Tez çalışması üç kısımdan oluşmaktadır: temel kavramlar, ölçüm sisteminin kurulumu ve deneyler. İlk kısımda, temel tanımlamalar ile birlikte exchange bias etkisi, mıknatıslanmanın elektrik alan ile kontrolü ve manyeto-transport ölçümlerine ilişkin yapılmış eski çalışmalardan bahsedildi. İkinci kısımda, tez çalışması kapsamında kurulan çok fonksiyonlu transport ölçüm sistemi anlatıldı. Sistemin tasarım, kurulum ve yazılım geliştirme süreçleri detaylandırıldı. Üçüncü kısımda Co/CoO tabanlı çok katlı ince filmlerin ölçümlerinden elde edilen deneysel sonuçlar verildi. Tez çalışmasında kullanılan örnekler Si tabanlı alttaşlar üzerine saçtırma tekniği kullanılarak hazırlandı. Örneklerde dik manyetik anizotropiyi artırmak için Pt ve Cr alt ve ara tabakalar kullanıldı. Örneklerdeki tabakaların kalınlık, pürüzlülük ve yoğunluk değerleri X-ışını yansıması tekniği ile analiz edildi. Örneklerin manyetik özellikleri ise manyeto-optik Kerr etkisi, titreşimli örnek manyetometresi ve anormal Hall etkisi yöntemleri ile araştırıldı.Bu tez çalışmasında, dik mıknatıslanmaya sahip Co/ CoO tabanlı ince filmlerde elektrik alan altında exchange biasın kontrolü araştırılmıştır. Örneğe ±300 V uygulanarak oluşturulan elektrik alan ile 150 K'de exchange bias etkisi önemli ölçüde değiştirilebilmiştir.

Exchange bias in magnetic thin films is of great interest because of its relevance for technological applications. Besides, the design of a device to perform a targeted job with less energy is of great importance. The control of exchange bias with electric field can provide a significant advantage in terms of energy use and device design. To achieve the electrical field control of exchange bias, Co/CoO based magnetic thin films grown on Si based substrates are investigated.This thesis is organized in three parts: fundamentals of the concept, the design of a measurement setup, and experiment. In the first part, some of the previous studies for exchange bias, electrical field control of magnetism and magneto-transport measurements are reviewed. In the second part, within the framework of the present thesis a multifunctional transport measurement setup has been constructed. The design, installation and software development procedures of the setup are described. The third part contains the experimental results on Co/CoO based multilayers. Samples are grown on Si based substrates by using sputtering technique. Pt and Cr buffer and interlayers are used to enhance the perpendicular magnetic anisotropy. Thickness, roughness and density values of the layers in the samples are analyzed by using X-ray reflectivity technique. The magnetic properties of the samples are investigated by using the magneto-optical Kerr effect, vibrating sample magnetometer, and anomalous Hall effect techniques.In the thesis, electric field control of exchange bias in perpendicularly magnetized Co/CoO based thin films has been investigated. Applied electric field with ±300 V has significantly changed the exchange bias effect at 150 K.