Αντιστροφή και δυναμική της μαγνήτισης σε υμένια X/Co/Y, (X=Pt,Ru,Y=W,ZnO) με ανισοτροπικές αλληλεπιδράσεις

Abstract

Multilayers of different Cobalt (Co) thickness (tCo) and number of repeats (N) are grown on top of Si substrates with magnetron sputtering technique and their magnetic properties are studied. The x-ray reflectivity has been used to measure thicknesses of each layer as well as their roughness. The dependence of the magnetic moment on tCo and N (as determined by vibrating sample magnetometry) indicates the existence of a magnetic dead layer, which increases with N and reaches its maximum values for N ≥ 3. Parameters like perpendicular magnetic anisotropy, damping, and interfacial Dzyaloshinskii - Moriya interaction (iDMI) vs Co thickness and the number of Pt/Co/W sequence repeats (validated by BLS and FMR measurements), result from interface contributions that vary in a similar way with N, confirming that the first two Pt/Co/W trilayers are of lower quality. A first conclusion comes in the context of the measured weak iDMI constant, even for the higher N values, suggesting that most probably, this iDMI results mainly from the Pt/Co interfaces. The chirality of non-coplanar magnetic configurations, in magnetic materials with interfacial Dzyaloshinskii–Moriya interaction, gives rise to a local magnetic field generating an extra contribution to the anomalous Hall effect. This contribution is termed topological Hall effect (THE). The present magnetically inactive layers at the Co/W interfaces imply that that the coupling between the layers in this series of samples is mainly magnetostatic. The samples with positive or almost zero effective anisotropy show the same characteristics, that are reproduced by micromagnetic simulations. The sample with negative effective anisotropy shows a qualitatively different behaviour that can be assigned to its radically different domain structure. Nevertheless, the absolute but the values of THE are comparable in all investigated samples.

Πολυστρωματικά υμένια με διαφορετικό πάχος κοβαλτίου (tCo) και διαφορετικού αριθμού επαναλήψεων (Ν), εναποτέθηκαν επάνω σε υπόστρωμα πυριτίου (Si) και μελετήθηκαν οι μαγνητικές τους ιδιότητες. Για τον προσδιορισμό του πάχους κάθε στρώματος, καθώς και της τραχύτητας τους, χρησιμοποιήθηκε η ανακλαστικότητα ακτινών – Χ (XRR). Η εξάρτηση της μαγνητικής ροπής απο το tCo και το Ν, καταδεικνύει την παρουσία μαγνητικά ανενεργού στρώματος στην διεπιφάνεια μεταξύ Co/W, το οποίο αυξάνεται καθώς μεγαλώνει ο αριθμός των επαναλήψεων και έχει την μέγιστη τιμή του όταν N ≥ 3. Η κάθετη μαγνητική ανισοτροπία (PMA), η μαγνητική ανισοτροπία (MA) και η διεπιφανειακή αλληλεπίδραση DMI (iDMI) σε συνάρτηση με το πάχος του κοβαλτίου και των αριθμών των επαναλήψεων των στρωμάτων των πολυστρωματικών υμενίων, προκύπτουν από τις διεπιφανειακές συνεισφορές και αλλάζουν με τον ίδιο τρόπο με το Ν, επιβεβαιώνοντας ότι τα πρώτα τριστρωματικά υμένια Pt / Co / W είναι χαμηλότερης ποιότητας. Η χειρομορφία μη συμμετρικών μαγνητικών διαμορφώσεων, στα μαγνητικά υλικά με αλληλεπίδραση iDMI, είναι η αιτία εμφάνισης ενός τοπικού μαγνητικού πεδίου που παράγει μια έξτρα συνεισφορά στο φαινόμενο Hall, που ονομάζεται τοπολογικό φαινόμενο Hall. Τα στρώματα που είναι μαγνητικά ανενεργά και βρίσκονται μεταξύ των διεπιφανειών Co/W, υπονοεί πως η ζεύξη μεταξύ των στρωμάτων σε αυτή την σειρά των δειγμάτων, είναι κυρίως μαγνητοστατική. Τα δείγματα που μελετήθηκαν είχαν διαφορετικές τιμές ανισοτροπίας. Αυτά με θετική και σχεδόν μηδενική ανισοτροπία, παρουσίαζουν τα ίδια χαρακτηριστικά και επαληθεύτηκαν από μικρομαγνητικές προσομοιώσεις. Το δείγμα με αρνητική ανισοτροπία, παρουσιάζει διαφορετική συμπεριφορά, και οφείλεται στην δραστικά διαφορετική δομή των περιοχών.