Magnetron saçtırma kaplama ile sentezlenen Py/Co/Cr/Co/Py çok katlı manyetik filmin 'Partıcle Swarm Optimizasyonu' ile modellenmesi

Abstract

Ultra ince Py/Co/Cr/Co/Py tabakalardan oluşan manyetik filmler manyetik olmayan, değişen Cr kalınlığının fonksiyonu olarak Si alttaş malzeme üzerine UHV şartlarda Magnetron Sputtering tekniği hazırlanmıştır. Tabakalarının kalınlıklarının belirlenmesinde XPS ile Magnetron Sputtering vakum odası içerisinde bulunan QCM kullanılmıştır. Hazırlanan filmlerin manyetik özelliklerinin belirlenmesinde FMR tekniği kullanılmıştır. Bu deneysel teknikler kullanılarak hazırlanan ve karakterize edilen filmlerin, uygun matematiksel modelleme kullanılarak manyetik çok katlı yapılarda büyük öneme sahip olan ferromanyetik tabakalar arası etkileşimin türünü ve şiddetini belirten tabakalar arası değiş-tokuş sabitinin belirlenmesi hedeflenmiştir. Bu çalışma hem geleneksel manyetik çok katlı yapılardan manyetik olmayan tabakanın her iki yanına iki farklı ferromanyetik tabakanın konulması ile hem de geliştirilen matematiksel modelleme çalışmasında her bir tabakanın mıknatıslanmasının dış manyetik alana göre yönelmesini ifade eden denge açılarına getirdiği hesaplama metoduyla yeni yaklaşımlar sunmaktadır. Bu yaklaşımlardan ilki olan ikinci bir manyetik tabakanın yapı içersine yerleştirilmesi, bu yapıların MRAM olarak kullanılması sağlayabilme potansiyeli getirmektedir. İkinci yaklaşım ise denge açılarının hassas hesap edilmesiyle hem geleneksel hem de bu çalışma için hazırlanan manyetik çok katlı filmlerin tam bir karakterizasyonu açısından önem arz etmektedir.

Ultra thin magnetic films composed of Py/Co/Cr/Co/Py layers with non-magentic, variable Cr thickness were prepared on Si base material by Magnetron Sputtering technique under UHV conditions. Layer thicknesses were measured by XPS and QCM which is in the Magnetron Sputtering vacuum chamber. FMR technique was used to determine magnetic properties of the films. By preparing and characterizing films with these experimental techniques, inter-layer exchange constant is determined. This constant is a crucial parameter in mathematic modeling of interaction type and strength between ferromagnetic layers. This study's novel contribution is two folds: First, different ferromagnetic layers were placed to both sides of conventional multi-layer, non-magnetic layer. Second, mathematical modeling method to calculate equilibrium angles between each layer's magnetization direction and applied ambient magnetic field. The first contribution of placing second magnetic layer has a potential of being utilized as MRAM. The second part of the study makes a valuable contribution to characterization of both conventional multilayer films and films that are prepared for this study by providing an accurate method to calculated equilibrium angles.