Μαγνητικά πολυστρωματικά υμένια ως υποψήφια μέσα μαγνητικής εγγραφής
Creators: name: Κοψίδης, Μάριος Νικήτα
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2009
Subjects: Μαγνητισμός
Πολυστρωματικά υμένια
Μαγνητικά μέσα αποθήκευσης
Στροφή Kerr
Magnetism
Multilayer films
PtCoCr
VSM
Magnetic media storage
Kerr polar rotation

description: In the past few years the quantity of stored information in magnetic media is increased exponentially. The 92% of produced information is stored henceforth in some type of magnetic storage devise. This increased demand led us to the study of multilayer films with concrete magnetic attributes. In the current thesis we have studied the magnetic properties of Pt/CoCr multilayers. The particular combination of materials in such structure has been presents great scientific interest for two mainly for two reasons. The first reason is the modulation of perpendicular magnetic anisotropy presented in Pt/Co magnetic multilayers together with strong magneto-optic response at higher energies. The second reason is that the CoCr combination in alloy form is currently used in magnetic recording media in a successful way since Cr role is segregation and eventual decoupling between adjacent Co grains. In an effort to combine both properties Pt/Co1-xCrx (x=5% and 30%) multilayer series were prepared with e-beam evaporation under ultra high vacuum conditions on substrates of glass, silicon and kapton. The structural characterization was performed by X Ray Diffraction. Initially the spectra of Pt/CoCr were analyzed and various parameters of the structural configuration were calculated. As model of comparison, we referred to previous measurements of PtCo. It was also observed, that as long as the thickness of the individual layers grew, the multilayer quality was also improving. Additionally, we calculated the size of grains from the spectra of the X-ray defraction and it was observed that the samples presented a nano-crystalline character. The subsequent steps were the study of the magnetic and magneto-optic features of the samples with a series of suitable techniques. With the Vibrating Sample Magnetometry, we recorded hysteresis loops and so we were able to outline the primary magnetic characterization of the samples. Afterwards with the measurements of magneto-optic polar Kerr effect we recorded the energy spectra of polar Kerr rotation and hysteresis loops at specific energies. With these two techniques we studied the evolution of perpendicular magnetic anisotropy that the samples exhibit and in which way the concentration of Cr affected the structure and macroscopic magnetic behaviour the multilayer. The main conclusion is that multilayer periodicity in Pt/CoCr system yields magnetic features at Cr concentrations higher than the corresponding bulk alloys and thin films and thus magnetic features (including perpendicular magnetic anisotropy) may be further tuned to meet the demands of future magnetic recording media.
description: Στην παρούσα διπλωματική εργασία έγινε η μελέτη μαγνητικών πολυστρωματικών υμενίων Pt/CoCr και πιο συγκεκριμένα με την επίδραση της προσθήκης του Cr στη μαγνητική απόκριση του πολυστρωματικού συστήματος Pt/Co. Το σύστημα Pt/Co έχει προκαλέσει τα τελευταία δέκα χρόνια ιδιαίτερο επιστημονικό ενδιαφέρον λόγω των μαγνητικών και μαγνητο-οπτικών του χαρακτηριστικών. Ενισχυμένες τιμές μαγνήτισης, κάθετη μαγνητική ανισοτροπία (perpendicular magnetic anisotropy-PMA), μεγάλες τιμές στροφής Kerr στα μικρά μήκη κύματος μαζί με καλή συμπεριφορά έναντι της οξείδωσης και της διάβρωσης, καθιστούν αυτό το σύστημα υποψήφιο για εφαρμογές στις τεχνολογίες πληροφορικής ως μέσο πολύ υψηλής πυκνότητας μαγνητο-οπτικής εγγραφής. Πολλές προσπάθειες έχουν γίνει προκειμένου να βελτιωθούν τα μαγνητικά και μαγνητο-οπτικά χαρακτηριστικά των πολυστρωματικών υμενίων Pt/Co, καθώς και να μειωθεί η θερμοκρασία Curie σε μια τάξη μεγέθους της θερμοκρασίας δωματίου, όπως απαιτούν οι σύγχρονες τεχνολογικές εφαρμογές. Σε μια προσπάθεια βελτιστοποίησης των τεχνολογικώς αξιοποιήσιμων χαρακτηριστικών του επιλέχθηκε η προσθήκη Cr σε διάφορες αναλογίες. Χρησιμοποιούμε δηλαδή πολυστρωματικά υμένια της μορφής Pt/Co1-xCrx. Tο σύστημα αυτό μελετάται ως εν δυνάμει μαγνητικό μέσο μαγνητικής εγγραφής. Ο ρόλος της προσθήκης του Cr στο σύστημα είναι ο σχηματισμός ελεγχόμενων μικροδομών με μικρούς ασύζευκτους κρυσταλλίτες με κύριο χαρακτηριστικό τη βελτιστοποίηση της κάθετης μαγνητικής ανισοτροπίας καθώς επίσης και ορισμένων άλλων παραμέτρων όπως είναι η τετραγωνικότητα του βρόχου υστέρησης και η υψηλή τιμή του συνεκτικού πεδίου Ηc. Τέλος, μελετήθηκε η επίδραση στο μέγεθος των κόκκων, το μέγεθος της διασποράς τους, παράγοντες που παίζουν καθοριστικό ρόλο στην συμπεριφορά των μαγνητικών μέσων. Τα δείγματα παρασκευάστηκαν στο εργαστήριο με τη μέθοδο της εξάτμισης με δέση ηλεκτρονίων (e-beam evaporation) σε σύστημα υπερυψηλού κενού πάνω σε υποστρώματα γυαλιού, πυριτίου και πολυϊμιδίου (kapton). Ο δομικός χαρακτηρισμός πραγματοποιήθηκε με την τεχνική της περίθλασης των ακτίνων Χ ( X Ray Diffraction, XRD). Αρχικά αναλύθηκαν τα φάσματα περίθλασης ακτίνων Χ του συστήματος Pt/CoCr και υπολογίστηκαν οι παράμετροι διαμόρφωσης των δειγμάτων. Τα δείγματα που μελετήθηκαν εμπεριείχαν δύο διαφορετικές συγκεντρώσεις, Cr 5% και 30% αντίστοιχα. Ως πρότυπο σύγκρισης χρησιμοποιήσαμε παλαιότερες μετρήσεις που έγιναν στο σύστημα PtCo. Παρατηρήθηκε επίσης, ότι όσο μεγαλώνει το πάχος των επιμέρους υλικών που συνιστούν το πολυστρωματικό υμένιο, τόσο βελτιώνεται και η ποιότητα της πολυστρωματικής διαμόρφωσης. Ακόμα, υπολογίστηκε το μέγεθος των κόκκων από τα φάσματα της περίθλασης των ακτίνων Χ και παρατηρήθηκε ότι τα δείγματα παρουσιάζουν νανοκρυσταλλικό χαρακτήρα. Ακολούθησε η μελέτη των μαγνητικών και μαγνητο-οπτικών ιδιοτήτων των δειγμάτων με μια σειρά από κατάλληλες τεχνικές. Με την μαγνητομετρία δονούμενου δείγματος (Vibrating Sample Magnetometry, VSM) καταγράφηκαν οι βρόχοι υστέρησης των δειγμάτων και έγινε ο πρωτογενής μαγνητικός χαρακτηρισμός των δειγμάτων. Στη συνέχεια με τις μετρήσεις του πολικού μαγνητο-οπτικού φαινομένου Kerr καταγράφηκαν τα ενεργειακά φάσματα της στροφής Kerr και τους βρόχους υστέρησης της στροφής Kerr. Με τις δύο αυτές τεχνικές έγινε η μελέτη της ανισοτροπίας που παρουσιάζουν τα δείγματα και την επίδραση που έχει η παρουσία των υπέρλεπτων υμενίων Cr στην πολυστρωματική διαμόρφωση.