Dik manyetik anizotropili çok katmanlı ultraince Co/Pd filmlerinin anormal Hall etkisi

Abstract

Yeni nesil GMR / TMR (tünelleme manyetodirenç) sensörleri, hızlı anahtarlama, bilgi okuma ve depolama sistemleri (manyetik RAM) için çok katmanlı dik manyetik anizotropili (DMA) Co/Pd filmler önemli bir yapı taşı adaylarındandır. Bu nedenle son zamanlarda dik anizotropili ince Co-Pd alaşımları ve çok katmanlı Co/Pd filmleri üzerinde bir çok anormal Hall etkisi (AHE) araştırmalar yapılmaktadır.Bu çalışmada, çok katmanlı dik manyetik anizotropili Co/Pd filmleri ferromanyetik Co kalınlık ve sıcaklık etkisine bağlı AHE değerleri incelendi. Bu amaç doğrultusunda ince Co/Pd filmler, (Si/SiO2/Ta/(Pd/Co)9/MgO (x = 0.2-0.55 nm)), dc magnetron sıçratma tekniğiyle büyütüldü. Örnekler 200 0C de 60 dak süreyle 6500 Oe şiddetindeki dik manyetik alanda tavlandı. Böylelikle kalıcı dik manyetik anizotropi oluşturuldu ve aynı zamanda MgO katmanı ile oksitlenmesi engellendi. Çok katmanlı Co/Pd filmlerin örgü parametreleri ve kristal yapısı hakkında bilgi edinmek için standart Cu K radyasyonlu x-ışını difraksiyonu (XRD ve XRR) ölçümleri yapıldı. Çok katmanlı Co/Pd filmlerin XRD ölçümleri sonucunda yüzeye dik (111) kristalografik yönde çok iyi bir kristalleşme olduğu görüldü.Çok katmanlı Co/Pd filmlerinin mıknatıslanma histerileri AGM ve PPMS sistemleriyle gerçekleştirildi. Sonra Hall bar (UV litografi ve e-ışını aşındırma ile) ve 4 noktadan Hall kontaklama oluşturuldu ve çok katmanlı Co/Pd filmlere 500µA sabit akım uygulanarak, ±10000 Oe aralığında, 200 Oe basamakla değişik dik manyetik alanda ve düşük sıcaklıklarda VH(H) ve Vx(H) ölçümleri gerçekleştirildi. Deney sonuçlarında çok katmanlı Co/Pd filmlerinin AHEnin sıcaklığa ve Co katman kalınlığına bağlı polarite değişimi görüldü.Çok katmanlı Co/Pd filmlerin ara yüzey ile hacimsel (bulk) Co katmanın Hall gerilim işaretleri birbirine zıt olduğu görüldü. çok katmanlı Co/Pd filmlerin Hall geriliminin yönü artan sıcaklık veya kalınlık ile hacimsel Co yönünde pozitif olduğu görüldü. yapılan değerlendirmeler sonunda çok katmanlı Co/Pd filmlerinde baskın olan AHE saçılma mekanizması (işaret değişimine neden olan) dışsal `skew' saçılma mekanizması olduğu gösterildi. Yani sonuçların boyuta bağımlı bir AHE etkisi olduğu bulundu.

The AHE of ultra-thin multilayered films with large perpendicular magnetic anisotropy has recently attracted considerable attention due to its potential applications for high-density magnetic recording technology. Since Co/Pd is one of the promising candidates for perpendicular magnetic recording technology, there are several Anomalous Hall effect (AHE) studies on thin Co-Pd alloys and Co/Pd multilayers.To study the AHE of perpendicular magnetic anisotropic Co/Pd multilayers, the films were grown on thermally oxidized Si wafers by using dc magnetron sputtering. A 2.1 nm thick MgO layer to prevent oxidation covered the stacks. The samples were annealed at 200 °C for 60 min in a magnetic field of 6500 Oe perpendicular to the film plane to enhance the perpendicular magnetic anisotropy of the Co/Pd multilayers. Standard x-ray diffraction (XRD and XRR) using Cu K radiation was used to determine the structure of the films. Magnetization measurements were done by AGM and PPMS.The XRD data showed that the Co/Pd multilayers have an artificial superlattice structure, where Co and Pd grow textured in the (111) direction. UV lithography and Ar-ion beam etching was used to fabricate the Hall bars patterned the films. The Hall voltage (VH) and the longitudinal voltage in x-direction (Vx) were driven by a bias current in the x-direction (Ix = 500 ?A), the magnetic field H of up to 10kOe was applied perpendicular to the film plane in z-direction. The low- temperature AHE measurements were done in a closed-cycle helium cryostat (Oxford Cryodrive 1.5) with a temperature range of 15-330 K.A change of the sign of the AHE was observed both in the dependence of ?xy on the Co thickness and on the temperature. The sign change can be concluded as the competition of the interface and the surface with opposite signs of the AHE. According to the traditional evaluation of the AHE of the Co/Pd multilayers the skew scattering mechanism causes the sign change of the AHE resistivity.