Preparation and characterization of nanomagnets showing spin-transfer torque effects

Abstract

Son yirmi yılda, olası Spintronik uygulamaları nedeniyle, spin transfer tork (STT) tarafından uyarılan mıknatıslanma dinamikleri büyük ilgi çekmektedir. STT etkisini incelemek için çeşitli geometriler mevcuttur. STT sergileyen bu geometrilerden en çok tercih edilenlerden biri litografik olarak tanımlanan nanosütunlardır. Elektron ışın demeti yazıcı ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) bu nanosütunların yazma ve görüntülenmesi için kullanılmaktadır. Film desenleme sırasında oluşan yük birikimi, MgO gibi yalıtkan alttaşlarda, e-ışın demeti yazıcı ve SEM işlemlerinde çok ciddi problem oluşturmaktadır.Bilindiği gibi, Heusler Alaşımları, 1500 üyesi ile olan dev bir ailedir. Heusler Alaşımları uzun süredir bilinmesine rağmen, son yıllarda bunların yeni özellikleri ve fonksiyonları keşfedilmiştir. Fiziksel ve yapısal özellikleri (yüksek spin polarizasyon, yüksek Curie sıcaklığı, vb.) Co2MnSi alaşımını gelecekteki spintronik uygulamaları için umut verici adaylardan biri kılmaktadır.Bu çalışmada, yük birikimi sorunu, her aşamada iletken element veya iletken polimerler biriktirilmesi yöntemi kullanmadan çözüldü. Çok katmanlı Cr/Ag/Co2MnSi/Ag/Co2MnSi/Ag/Au filmleri üst düzey nanofabrikasyon teknikleri ile işlenerek, 75x120 nm2 yüzey kesitine sahip elipsoit nano-sütunlar üretildi. Üretilen bir nanosütun üzerinde yapılan manyetotransport ölçümleri ile % 2 civarında manyeto direnç gözlenmiştir. Her bir nanosütun üzerinde yapılan manyetizasyon ters çevrimi ölçümleri (magnetization reversal) STT etkisinin indüklenebildiğini ve aynı zamanda nanofabrikasyon sürecinde gerekli önemli geliştirmeler başarıldığını kanıtlamıştır

In last two decades, magnetization dynamics induced by spin-transfer torque (STT) have attracted much attention due to possible spintronic applications. To study STT effect, there are several geometries. One of the most preferable geometries that shows STT is lithographically defined nanopillar array. Electron beam (e-beam) writer and scanning electron microscope (SEM) are employed to write and image these nanopillars. Charging effect is serious issue during the employment of e-beam writer and SEM on insulating substrates like MgO. On the other hand, Heusler Alloys form a large family with over 1500 members. Although Heusler Alloys are known for a long time, new properties and functions of them were discovered in recent years. Because of physical and structural properties (high spin polarization, high Curie temperature, etc.) Co2MnSi is one of the promising candidates for future spintronic applications.In this work, charging problem was solved without using conductive polymers or depositing conductive element in each step of the fabrication processes. After employment of state of art nanofabrication techniques (litography), ellipsoidal nanopillars with a cross-section of 75x120 nm2 were patterned from raw Cr/Ag/Co2MnSi/Ag/Co2MnSi/Ag/Au mutilayer stack. Magnetotransport measurements of an individual nanopillar structure exhibit 2% GMR. Current induced magnetizaton reversal measurements on each individual nanopillar show existence of STT, and also confirm the success of modification in nanofabrication process.