TEM observation on the source of perpendicular anisotropy in amorphous GdCo(O2)

Structural investigations of 1000 A thick GdCo films by electron microscopy as a function of Gd content and O2 contamination show significant differences in the amorphous diffraction patterns indicating that homogeneous amorphous films are only obtained in uncontaminated deposits. All films regardless of composition or O2 contamination contain void network structures which have no direct relationship to perpendicular anisotropy and which can at least partially be annealed out at 250 °C at what appears to be a glass transition. Without O2 contamination the net magnetization is in the plane of the film and remains so as a function of lower than room temperatures. With slight to moderate O2 contaminations a change from net in-plane to net perpendicular domain magnetization is found as a function of composition at the RT compensation point. Compositions with below RT compensation points show decreasing strip width with increasing Co content as well as increasing temperature. Above RT compensation point compositions with and without O2 contamination (all of which are originally magnetized net in-plane) when heated through the compensation point up to a critical temperature experience a shift of compensation point below RT together with a change of net magnetization from in-plane to perpendicular. From the electron diffraction data and the magnetization behavior as a function of temperature a model is developed in which the source of perpendicular anisotropy is seen in small rod or cylinder shaped Co rich clusters which develop perpendicular to the film plane. Magnetic anisotropy is achieved by the shape effect of these small bar magnets and is therefore essentially a transition stage prior to crystallization. No perpendicular anisotropy is expected for homogeneous amorphous films or after cluster width increased towards a height to width ratio of 1:1 and/or crystallization. The effect of O2 contamination during deposition and annealing on this model is discussed. Strukturuntersuchungen in Abhangigkeit vom Gd-Gehalt und der O2-Verunreinigung an 1000 A dunnen GdCo-Schichten mittels Elektronenmikroskopie ergeben. das man homogene amorphe Schichten nur in reinen Aufdampfungen erhalt. Alle Schichten enthalten ein intensives Porennetzwerk, das jedoch kein direktes Verhaltnis zur senkrechten Anisotropie hat, das unabhangig vom Gd-Gehalt und O2-Verunreinigung ist, und das man bei 250 °C, anscheinend bei einer Glasumwandlung, zumindest teilweise ausgluhen kann. Ohne O2-Verunreinigung liegt die resultierende (net) Magnetisierung in der Schichtebene und verbleibt so in Abhangigkeit von der Temperatur niedriger als Raumtemperatur (RT). Mit geringer bis mittlerer O2-Verunreinigung wird eine Umstellung der Domanenmagnetisierung von parallel auf senkrecht bei der bei RT kompensierten Zusammen-setzung gefunden. Zusammensetzungen deren Kompensationspunkt niedriger als RT liegt, zeigen abnehmende Breite der Streifendomanen mit zunehmendem Co-Gehalt und hoheren Temperaturen. Zusammensetzungen, mit und ohne O2-Verunreinigung, deren Kompensationspunkt hoher als RT liegt (und die alle ursprunglich parallel magnetisiert sind) zeigen, wenn sie durch den Kompensationspunkt zu einer hoheren, kritischen Temperatur erhitzt werden, eine Verschiebung des Kompensationspunktes zu niedriger als RT sowie das Umstellen der resultierenden Magnetisierung von parallel auf senkrecht. Aus Elektronenbeugungsdaten und dem Verhalten der Domanen-strukturen in Abhangigkeit von der Temperatur wird ein Modell entwickelt, in dem der Ursprung der senkrechten Anisotropie in Co-angereicherten Bereichen gesehen wird, die sich entweder stabchenformig oder zylindrisch senkrecht zur Schicht bilden. Magnetische Anisotropie entsteht.