Magnetization and magnetotransport processes in arrays of NiFe / Cu multilayered nanowires
Authors: Κρίμπαλης Σπύρος 
Published: November 2021

Τα πολυστρωματικά μαγνητικά νανοσύρματα μελετώνται για περίπου είκοσι χρόνια. Το ενδιαφέρον για αυτά δεν είναι μόνο από επιστημονικής απόψεως, αλλά και από τεχνολογικής. Τα πολυστρωματικά νανοσύρματα παρέχουν την δυνατότητα ρύθμισης των μαγνητικών τους ιδιοτήτων προσαρμόζοντας διάφορες παραμέτρους οι οποίες επηρεάζουν τη μακροσκοπική τους συμπεριφορά. Αρχικά διερευνήθηκε η δυνατότητα προσαρμογής της κατεύθυνσης του προτιμητέου άξονα μαγνήτισης σε μια διάταξη πολυστρωματικών NiFe/Cu νανοσυρμάτων, μεταβάλλοντας την αναλογία πάχους των μαγνητικών και των μη μαγνητικών στρωμάτων. Αυτό επιτεύχθηκε συσχετίζοντας τα πειραματικά αποτελέσματα με υπολογισμούς που βασίζονται σε υπάρχον μαγνητοστατικό μοντέλο. Οι μαγνητικοί βρόγχοι υστέρησης διατάξεων από πολυστρωματικά NiFe/Cu νανοσύρματα μετρήθηκαν κάνοντας χρήση του μαγνητόμετρου ταλαντούμενου δείγματος (VSM). Η μαγνητοστατική σύζευξη μεταξύ διαδοχικών φερρομαγνητικών στρωμάτων φάνηκε να έχει ισχυρή επίδραση στη μαγνητική συμπεριφορά διατάξεων πολυστρωματικών νανοσυρμάτων, και η κατεύθυνση της μαγνήτισης τους μπορεί να καθοριστεί με μεγάλη ακρίβεια ρυθμίζοντας την αναλογία των μαγνητικών και μη μαγνητικών στρωμάτων. Επιπρόσθετα προτάθηκαν δύο συναρτήσεις για τον υπολογισμό του πεδίου κορεσμού διατάξεων πολυστρωματικών νανοσυρμάτων για εφαρμοζόμενο μαγνητικό πεδίο παράλληλα και κάθετα στον άξονα των νανοσυρμάτων, αντίστοιχα. Τα θεωρητικά αποτελέσματα ήταν σε συμφωνία με τα πειραματικά αποτελέσματα. Επιπλέον μελετήθηκε ο μηχανισμός αντιστροφής της μαγνήτισης για διατάξεις πολυστρωματικών NiFe/Cu νανοσυρμάτων. Ο μηχανισμός αντιστροφής της μαγνήτισης μπορεί να προσδιοριστεί πειραματικά από την γεωμετρική εξάρτιση της απομαγνήτισης. Για το λόγο αυτό καταγράφηκε ο βρόχος μαγνητικής υστέρησης διατάξεων NiFe/Cu νανοσυρμάτων, για διάφορες γωνίες θ μεταξύ του εφαρμοζόμενου μαγνητικού πεδίου και του άξονα των νανοσυρμάτων, χρησιμοποιώντας τη διάταξη VSM. Φάνηκε ότι ο μηχανισμός αντιστροφής είναι ισχυρά εξαρτώμενος από το πάχος των NiFe και Cu στρωμάτων. Επιπρόσθετα, προτάθηκαν τρεις συναρτήσεις για τον υπολογισμό του πεδίου απομαγνήτισης (Hc) για πολυστρωματικά νανοσύρματα. Τα υπολογισμένα αποτελέσματα ήταν σε καλή συμφωνία με τα πειραματικά αποτελέσματα ακόμα και για λεπτά NiFe στρώματα. Επίσης εκτιμήθηκε σε τι βαθμό, ο υστερετικός βρόχος και οι μαγνητικές ιδιότητες των πολυστρωματικών νανοσυρμάτων μπορούν να αναπαραχθούν από μικρομαγνητικές προσομοιώσεις τριών διαστάσεων. Υπήρξε αρκετά καλή συμφωνία μεταξύ των προσομοιώσεων και των πειραματικών αποτελεσμάτων σχετικά με τις τιμές απομαγνήτισης. Επιπλέον οι μικρομαγνητικές προσομοιώσεις έδειξαν ότι η απομαγνήτιση αυξάνεται ταχύτατα καθώς ο αριθμός των φερομαγνητικών στρωμάτων αυξάνεται μέχρι των αριθμό των τεσσάρων στρωμάτων. Πάνω από αυτόν τον αριθμό η απομαγνήτιση αυξάνεται με πολύ μικρό ρυθμό. Επιπρόσθετα οι μικρομαγνητικές προσομοιώσεις έδειξαν ότι η απομαγνήτιση μειώνεται όταν ο αριθμός των νανοσυρμάτων που συνθέτουν μία διάταξη αυξάνεται. Στο τελευταίο κομμάτι της διδακτορικής διατριβής μελετήθηκαν τα φαινόμενα της μαγνητοαντίστασης (MR) και της ϱοπής μεταφοράς ιδιοστροφορμής (STT) για δύο διαφορετικές δομές πολυστρωματικών νανοσυρμάτων, με διάμετρο έως και 35 nm. Φάνηκε ότι τα πολυστρωματικά νανοσύρματα παρασκευασμένα με ηλεκτροχημική εναπόθεση, με μικρή διάμετρο έως και 35 nm, αποτελούν κατάλληλες δομές για μετρήσεις μαγνητοδιέλευσης. Επίσης φάνηκε η ισχυρή επίδραση του πάχους του Cu στρώματος στις μετρήσεις μαγνητοδιέλευσης. Επιπρόσθετα υπήρξε σημαντική μεταβολή στις STT μετρήσεις ανάλογα με το εφαρμοζόμενο πεδίο, καθώς και το βήμα αύξησης του ρεύματος.