PtxCo1-x/CoO ultra ince filmlerde exchange bias etkisinin incelenmesi

Abstract

Exchange Bias (EB) etkisi, bir Ferromanyetik (FM) malzeme ile bir Antiferromanyetik (AFM) malzemenin üst üste geldiklerinde oluşturdukları yapılarda gözlenen bir etkidir. Bu etki ilk olarak 1956 yılında Meiklejohn ve Bean tarafından Co parçacıklarının yüzeylerindeki oksitlenmenin sonucu olarak gözlenmiştir. EB etkisinin kökeni ile ilgili birçok model öne sürülmüştür fakat tam olarak kökeni açıklayabilen bir model henüz bulunamamıştır. Kökeni bilinememesine rağmen birçok teknolojik uygulamada kendisine kullanım alanı bulmuştur. Bu tez çalışması kapsamında farklı kimyasal oranda ferromanyetik PtCo ile antiferromanyetik CoO tabakalarından oluşan yapılarda EB etkisi araştırılarak hangi kompozisyonda EB etkisinin maksimum olduğunun belirlenmesi için yapılmıştır. Numuneler Si (001) kristal yönelimine sahip alttaş malzeme üzerine UHV şartlarında magnetron sputtering kaplama tekniği kullanılarak 100 Å PtxCo1-x (x: 0.1 ile 0.9 arasında 0.1'lik adımlarla değişmektedir)/ 100 Å CoO yapılar olarak hazırlanmıştır. PtxCo1-x tabakaların kimyasal oranlarının tespitinde X-Işını Fotoelektron Spektroskopisi (XPS) tekniği kullanılmıştır. Numunelerin manyetik karakterizasyonunda Manyeto Optik Kerr Etkisi (MOKE) tekniği ile histeresis eğrileri açıya bağlı olarak elde edilip her bir numunenin H dış manyetik alan uygulandığında FM malzemelerde gözlenen mıknatıslanma vektör yönelimleri belirlenerek Titreşimli Örnek Manyetometresi (VSM) tekniği kullanımında bu yönelimlere göre referans alınarak her bir numunenin belirlenen kolay-eksenlerine H dış manyetik alan altında EB etkileri ile beraber Engelleme Sıcaklıkları da belirlenmiştir. MOKE tekniği ile ayrıca her bir numunenin manyetik anizotropileri hakkında da bilgi sahibi olunmuştur.

Exchange Bias (EB) effect is an effect that is observed at the interface of a ferromagnetic (FM) material and an antiferromagnetic (AFM) material. This effect was first observed by Meiklejohn and Bean in 1956 as a result of surface oxidation of Co particles. Although a number of models were proposed about the origin of EB effect, none of these models is able to completely explain the origin of this effect. Despite origin is unknown, it has been widely used in technological applications. This thesis study was conducted in order to investigate EB effect on thin films consist of ferromagneic PtCo and antiferromagnetic CoO layers and to determine which composition maximizes EB field. Samples were prepared as 100 Å PtxCo1-x (x: between 0.1 and 0.9 with 0.1 steps) / 100 Å CoO on Si (001) crystal orientation substrate by magnetron sputtering deposition technique in ultra high vacuum conditions. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) technique was used to determine PtxCo1-x layers chemical ratio. Magnetic characterization of the sample was carried out using magneto-optic Kerr effect (MOKE) technique and angle resolved hysteresis curves were acquired for each sample. Moreover, magnetization orientations depending on applied field were determined. EB fields and blocking temperatures were obtained using vibrating sample magnetometer (VSM) on easy axes that are found considering magnetization orientation. Besides, magnetic anisotropy information was gained using MOKE technique for each sample.