Ferromanyetik / antiferromanyetik nano katmanlı yapılarda exchange bias'ın ara yüzey özelliklerine bağlılığı

Abstract

Bu tezle, teknolojik öneme sahip farklı malzemelerin çok ince filmlerinden oluşmuş çok katmanlı yapıların 'Exchange Etkileşme'lerinden kaynaklanan manyetik özellikleri araştırıldı. Çok katmanlı filmler, Pt, IrMn, Rh, Ta, Co, Cu, Ti, Ni ve NiFe gibi manyetik ve manyetik olmayan değişik metal veya metal alaşımlarının çok ince film tabakalarının SiO2 alt taş üzerine üst-üste büyütülmeleriyle elde edildi. Manyetik özelliklerin her bir manyetik tabaka ve komşu tabaka malzeme türlerine ve tabakaların kalınlıklarına bağlılığını araştırmak için, çok katmanlı filmler sözü edilen malzemelerin farkı sayıda ve farklı kombinasyonundan hazırlandı. Filmler Manyetik Sıçratma ve Moleküler Demet Buharlaştırma (MBE) teknikleri ile çok yüksek vakum şartlarında büyütüldü. Filmlerin yapısal karakterizasyonları X-ışını yansıma (XRR) tekniği ile yapıldı. Manyetik karakterizasyonlar Ferromanyetik Rezonans (FMR), Magneto-Optik Kerr Etkisi (MOKE) ve Titreşimli Örnek Magnetometre (VSM) teknikleri ile yapıldı. Elektriksel direnç ölçümleri ise manyetik alan içinde dört nokta kontak kullanılarak yapıldı. FMR ölçümlerden birkaç nanometre kalınlıklı manyetik ara tabakaların mıknatıslanma yoğunluklarının ilgili malzemenin hacimsel (bulk) malzemesininkine yakın olmakla birlikte hissedilir değişimlerin de olduğu görüldü. Her bir manyetik ara tabakanın FMR sinyalinin çok net ve diğer tabakalarınkinden ayrılmış ve çok büyük oranda anizotropik davranış sergilediği de görüldü. Mıknatıslanma eğrisinin genellikle keskin dikdörtgen görünümünde olduğu ve düşük sıcaklıklarda indüklenen 'Exchange Bias' etkisi nedeniyle dikkate değer ölçüde negatif alanlara doğru kaydığı gösterildi. Ayrıca, elektriksel direncin (AMR veya GMR) hem iç alan üreten mıknatıslanma ve hem de dış manyetik alandan örnek türüne göre farklı oranda etkilendiği görüldü. Hazırlanan örneklerin, neredeyse ölçülen tüm fiziksel özelliklerinin, filmlerin ara katmanlarını oluşturan malzeme türü, bu katmanların büyütülme şartları, nanometre ölçeğinde olan katman kalınlığı ve katmanların birbirlerine göre sıralanma durumundan derinden etkilendiği görüldü. Ayrıca filmlerde spin-dalga rezonans etkileri ve komşu manyetik tabakalar arası 'Exchange Bias' etkileşmelerinin ve diğer manyetik özelliklerin manyetik olmayan iletken tabaka kalınlığından etkilendiği gösterildi.In this thesis, the magnetic properties originating from the 'Exchange Interactions' in technolgically important multilayered structures composed of ultra-thin films of different materials were investigated. The multilayered fims were prepared on SiO2 substrate by growing one top on other ultra thin layer of magnetic and or non magnetic different matals or matal-alloys, such as, Pt, IrMn, Rh, Ta, Co, Cu, Ti, Ni and NiFe. In order to investigate the dependence of the magnetic properties on kinds of each magnetic layer material, neighbouring layer materials and layer thickness, the multi-layered films were parepared from different numbers and various combinations of the metarials mentioned above. The films were deposited by using Magnetron Sputtering and Molecular Beam Epitaxy (MBE) in ultra high vacuum conditions. The structural characterizations of films were performed by X-ray reflection (XRR) technique. The magnetic characterizatins were done by Ferromagnetic Resonance (FMR), Megneto-Optical Kerr Effect (MOKE) and Vibrating Sample Magnetometer (VSM) techniques. The magneto- resistivity measurements were carried out by using four point contacts . From FMR measurements, it was obserwed that, although the individual magnetic layer magnetization is quite close to those for bulk form of the relavant materils, there are still remarkable deviations as well. The FMR signal even for each magnetic layer were clearly resolved from those of other layers and exhibit quite strong anisotropic behaviour. The sharp rectangular magnetic hysteresis loop shifted toward negative values on the external field axis due to 'Exchange Bias' effect induced at lower temperatures. It was also seen that depending on the kinde of materials forming the films, the electrical resistivity (AMR or GMR) is effected in different order by both internal magnetic inductions and external magnetic field. Almost all measured physical peroperties of the films were seen to be deeply effected by kind of sub-layer's materials, growth conditions of each layer, layer thicknesses in nm scale, and relative order of various material layers. In addition, it was shown that, the thickness of non magnetic spacer layer has significant effects on 'Exchange Bias' and other magnetic properties.