Ni/CoO ince filmlerde exchange bias etkisinin gözlenmesi

Abstract

Exchange bias etkisi, tek yönlü anizotropik davranışı nedeniyle, spine bağlı saçılma gösteren spin vanaları gibi yapılarda önemli bir rol oynamaktadır. FM/AFM arayüzeyindeki değiş-tokuş etkileşimlerinden kaynaklanan bu etki, alanda soğutma işleminden sonra histerezis döngüsünde belirli bir kayma olarak gözlenir. Dik mıknatıslanma gösteren exchange bias sistemleri ile ilgili çalışmalar yaklaşık on yıldır yayınlanmaktadır. Dik exchange bias (DEB) sistemleri, bilimsel ve teknolojik açıdan önem kazanmakla beraber yüksek yoğunluklu bilgi saklama ortamları için de bir kırılma noktası olacağı düşünülmektedir. Bu çalışmada mıknatıslanma yöneliminin ferromanyetik nikel tabakasının kalınlığına bağlı olarak değişimi araştırıldı. Kullanılan Ni/CoO(20Å) numuneler, Ni kalınlığı 12 ila 30? arasında değişmek üzere magnetron sputter sisteminde hazırlandı. Kalınlık manyetik özellikler bakımından önemli bir parametre olduğundan dolayı numunelerin kalınlıkları hassas bir şekilde kontrol edildi. Bu amaçla x-ışınları fotoelektron spektroskopisi (XPS) kullanıldı. Ayrıca numunelerin kimyasal karakterizasyonu için de XPS'ten yararlanıldı. Numunelerin kolay ve zor eksenleri manyeto-optik Kerr etkisi (MOKE) tekniği kullanılarak, oda sıcaklığında belirlendi. Bu ölçüm sonucu belirlenen en uygun numunenin (Ni(22?)/CoO(20?)) exchange bias ölçümleri, titreşimli örnek manyetometresi (VSM) kullanılarak, 10K'den oda sıcaklığına, 10K adımlarla yapıldı. Örnek düzlemine paralel ve dik olarak yapılan ölçümlere göre exchange bias alanı ve engelleme sıcaklığı değeri sonuç olarak gösterilmiştir. Bu sonuçlara göre nikel ultra-ince filmin dik mıknatıslanma göstermesi sonucunda, Ni/CoO sisteminde dik exchange bias etkisi gözlenmiştir.Exchange bias effect plays a critical role in spin-dependent scattering mechanisms, such as spin valve structures, due to its unidirectional character. It manifests itself as a certain shift in magnetic hysteresis loop because of exchange interactions at the FM/AFM interface, after field cooling process. Exchange biased systems with perpendicular magnetization have been reported starting from nearly a decade ago. Perpendicular exchange bias (PEB) systems also gained importance both scientifically and technologically, and commonly considered as a breakthrough for high density storage media. In this study, the thickness dependency of magnetization orientation of ferromagnetic nickel layer is investigated. Magnetron sputtered thin films were prepared as a series of Ni/CoO(20?) while Ni thickness ranges from 12 to 30?. Since the thickness is a key feature for magnetic properties, the deposition rate must be well-controlled. For that purpose, thickness calibration was performed by using x-ray photoelectron spectroscopy. XPS was also used for chemical characterization of the samples. Hard and easy axes of magnetization were determined by using magneto-optical Kerr effect (MOKE) at room temperature. Exchange bias properties of the selected sample (Ni(22?)/CoO(20?)) have been observed by vibrating sample magnetometer (VSM), from 10K to room temperature at an interval of 10K. Exchange bias field and blocking temperature values of in-plane and out-of-plane measurements are given as a result. According to the results, perpendicular exchange bias was observed in Ni/CoO bilayer due to the out-of-plane magnetization orientation of nickel ultrathin films.