Composition and post-annealing effects on magnetic behavior of Pt/Co thin films

Abstract

Malzemelerin manyetik özelliklerini kullanarak elektronik cihaz geliştirmeyi konu alan spintronik alanı, güncel manyetizma çalışmalarında önemli bir yer tutmak-tadır. Çeşitli teorik manyetizma kavramlarının cihaza dönüştürülmesi bu alana yönelik çalışmaların ana hedeflerindendir. Cihaz geliştirme tarafında kullanılacak olan manyetizma prensiplerine göre, hazırlanan nano boyuttaki manyetik malzemelerin yapısı çeşitlilik göstermektedir. Dik manyetik anisotropi özelliği aranan malzemelerde çoğunlukla birden fazla ferromanyetik- ağır metal katman çiftleri kullanılırken, film düzlemindeki mıknatıslanmaya dayalı uygulamalarda, genelde bu malzemelerin alaşım durumundaki yapıları kullanılmaktadır. Bahsedilen alaşım veya birlikte kaplanmış çift metalli filmlerin manyetik ve elektronik özelliklerini, elemental orana ve görece düşük sıcaklıkta tavlamanın etkisine göre incelemek amacıyla, platin ve kobalttan oluşan, toplamda 50Å kalınlığa sahip ince filmler (PtxCo1-x) manyetik aşındırma methoduyla hazırlandı. Hazırlanan PtxCo1-x filmlerde, x=0.75, 0.5 ve 0,25 olarak elemental oranlama yapıldı. Alttaş olarak doğal oksitlenmiş Si(111) kullanıldı. Olası oksit difüzyonuna karşı olarak, Si üzerine tampon oluşturmak amacı ile 10Å kalınlıkta titanyum kaplaması yine manyetik aşındırma ile yapıldı. Pt ve Co arasındaki etkileşimi artırmak amacıyla, tavlamanında etkisini görmek üzere örnekler, 350?C sı-caklıkta, 20 dakika boyunca yüksek vakum şartlarında tavlandı. Fermi seviyesine ya-kın bölgedeki elektronik yapıyı, filmin kimyasal yapısını, koarsivite ve yörüngesel moment katkıları gibi manyetik özelliklerini, farklı malzeme oranlarına ve tavlama işlemine göre incelemek amacıyla, x-ışını ve morötesi fotoelektron spektroskopisi (XPS ve UPS), ferromanyetik resonance (FMR) ve manyetooptik Kerr etkisi (MO-KE) ölçümleri gerçekleştirildi.In the magnetic device based applications, platinum and cobalt are one of the most frequently used heavy metal and ferromagnetic metal combination. Depending on the device principals, multilayers or alloys of these metals are subjected to the magnetic characterization studies. In order to investigate atomic ratio variation and relatively low temperature annealing effects on the magnetic, electronic and chemical state of the structure, PtxCo1-x thin films with total thickness of 50Å were prepared with x=0.75, 0.5 and 0.25 on the natural oxides of Si(111) substrates. 10Å of titani-um buffer layer was used for isolation of surface oxides of the substrate from Pt-Co film. Same set of the samples were also prepared in same conditions for annealing at 350?C for 20 minutes under ultrahigh vacuum conditions. Chemical state, valance band and magnetization measurements were done by using x-ray photoelectron spec-troscopy (XPS), ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS), magneto-optical Kerr effect (MOKE) and ferromagnetic resonance (FMR) techniques. XPS data were ana-lyzed in means of the elemental ratio calculation and valance changes similar to the UPS. FMR and MOKE techniques were used for analysis of orbital moment contri-butions and coercivity variations by elemental ratio and annealing effects.