Μελέτη της σειράς λεπτών υμενίων FePt: X (X=C, SiO2) για επίτευξη συνθηκών που υποστηρίζουν πυκνότητες μαγνητικής εγγραφής μερικών Tbit/in

Abstract

By studying, understanding and controlling the physical properties of magneticmaterials at the nanoscale we are able to develop many technological applications invarious scientific fields. Depending on the manufacturing process the control of themicrostructure could lead to the desired structural and magnetic properties.In the present work sputtering is used to produce thin films for application mainly inthe field of magnetic recording storage. In order to increase the recording densityinformation is necessary to reduce the dimensions of the magnetic grains inmagnitude below 10nm while maintaining thermal stability, which is ensured by usinghigh magnetocrystalline anisotropy materials. Furthermore, perpendicular magneticanisotropy is necessary, while among magnetic materials with highmagnetocrystalline anisotropy value Ku FePt alloy was chosen with Ku ~ 6 MJ/m3.The control of magnetic properties of the system, especially the switching field ismain objective of this study.FePt alloy deposited on single MgO crystal in order to study the structural andmagnetic properties and hybrid structures FePt fct / FePt fcc or Co to investigateexchange coupling phenomena. Tailoring coercive field with graded media approachis introduced by gradually decreasing magnetocrystalline anisotropy of depositedlayer under variable deposition temperature. Due to economotechnical parameters it isimportant to develop films on amorphous substrate, so experience gained in singlecrystal MgO substrate system was transferred to depositions on glass substrate. Filmswere prepared on amorphous substrates using Ag, CrRu and MgO as underlayers andperpendicular magnetization anisotropy in this system achieved. Moreover co-Sputtering of FePt and C or SiO2 was performed, achieving desirable grain sizereduction, isolated structure formation and shape control while producing continuousfilms with high uniformity and narrow size distribution.

Στην μελέτη, κατανόηση και έλεγχο των φυσικών ιδιοτήτων των μαγνητικών υλικώνσε επίπεδο νανοκλίμακας στηρίζεται πλήθος τεχνολογικών εφαρμογών σε διάφοραεπιστημονικά πεδία. Ανάλογα με την διαδικασία παρασκευής παρέχεται δυνατότηταδιαμόρφωσης της μικροδομής ώστε να παρουσιάζονται οι επιθυμητές δομικές καιμαγνητικές ιδιότητες.Στην παρούσα εργασία χρησιμοποιείται η τεχνική της εναπόθεσης λεπτών υμενίωνυπό υψηλό κενό με στόχο την δημιουργία συστημάτων που βρίσκουν εφαρμογήστους τομείς κυρίως της μαγνητικής εγγραφής πληροφορίας. Σε αυτό το πλαίσιο γιατην αύξηση της πυκνότητας εγγραφής πληροφορίας απαιτείται η μείωση τωνδιαστάσεων των μαγνητικών δομών σε τάξη μεγέθους κάτω των 10nm με παράλληληδιατήρηση της θερμικής ευστάθειας, που εξασφαλίζεται από την ύπαρξη υψηλήςμαγνητοκρυσταλλικής ανισοτροπίας. Επιπλέον η δυνατότητα επίτευξης κάθετηςμαγνητικής ανισοτροπίας θεωρείται απαραίτητη, ενώ από το φάσμα των μαγνητικώνυλικών υψηλής τιμής σταθεράς μαγνητοκρυσταλλικής ανισοτροπίας Ku επιλέχθηκε τοδιμεταλλικό κράμα FePt με Ku της τάξης των 6 MJ/m3. Ο έλεγχος των μαγνητικώνιδιοτήτων, ιδίως του πεδίου αντιστροφής αποτελεί στόχο της μελέτης ώστε ηπληροφορία να θεωρείται διαχειρίσιμη με βάση τις δυνατότητες των μαγνητικώνκεφαλών σκληρών δίσκων.Πραγματοποιήθηκαν εναποθέσεις FePt επί κρυσταλλικού MgO ώστε να μελετηθούνοι δομικές και μαγνητικές ιδιότητες όπως επίσης και υβριδικές δομές FePt fct/FePtfcc ή Co φάσης για την διερεύνηση φαινομένων σύζευξης-ανταλλαγής.Παρουσιάζεται η τεχνική του ελέγχου του συνεκτικού πεδίου μέσω τηςαλληλεπίδρασης φάσης fct με υμένιο βαθμιαία μειούμενης μαγνητοκρυσταλλικήςανισοτροπίας, με εναπόθεση υπό μεταβλητή θερμοκρασία, τόσο πειραματικά όσο καιμε την χρήση μικρομαγνητικής προσέγγισης και προσομοίωσης. Λόγωοικονομοτεχνικών παραμέτρων ιδιαίτερα σημαντική θεωρείται η ανάπτυξη υμενίωνσε άμορφο υπόστρωμα, οπότε τεχνογνωσία που αποκτήθηκε στις εναποθέσεις επίυποστρώματος MgO μεταφέρθηκε σε υπόστρωμα γυαλιού. Παρασκευάστηκαν υμένιασε άμορφα υποστρώματα με την χρήση κατάλληλων υποκείμενων υμενίων(underlayers) Ag, CrRu και MgO όπου επιτεύχθηκε κάθετη ανισοτροπία στηνμαγνήτιση του συστήματος. Στα πλαίσια της προσπάθειας ελέγχου της μικροδομής και των μαγνητικών ιδιοτήτων επιχειρήθηκε ταυτόχρονη εναπόθεση FePt και C ήSiO2 επιτυγχάνοντας μειωμένου μεγέθους απομονωμένους σχηματισμούς με μικρήδιασπορά μεγεθών παράλληλα με την δυνατότητα ελέγχου του συνεκτικού πεδίου.