Manyetik sensör uygulamaları için, nikel tabanlı tek ve çok katmanlı ince filmlerin yapısal, manyetik ve transport özelliklerinin incelenmesi
Investigation of structural, magnetic and transport properties of single and multi layered nickel based thin films for magnetic sensor applications
Yazar: SALİH AKBULUT
Danışman: PROF. DR. FİKRET YILDIZ
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Nikel (Ni) bir 3d geçiş metalidir. Oda sıcaklığında ferromanyetiktir. Oda sıcaklığında ferromanyetik olan diğer iki 3d geçiş metaline göre (kobalt ve demir) mıknatıslanması daha zayıftır. Bu nedenle kobalt ve demire göre daha az çalışılmıştır. Ancak son yıllarda yapılan araştırmalar gerek tek katlı gerekse çok katlı nikel ince filmlerin teknolojik uygulamalar için aranan bazı özellikleri sağladığını göstermiştir. Bu nedenle bu çalışma kapsamında nikel içeren tek ve çok katlı bazı ince film sistemleri incelenecektir.           
Çalışma kapsamında iki farklı örnek sistemi incelenmiştir. Birinci örnek sisteminde GaAs (100) alt taş üzerine tek katlı Ni ince filmlerin yapısal ve manyetik özellikleri çalışılmıştır. GaAs alttaşın farklı yüzey dizilimlerinin (reconstruction) Ni ince filmlerin manyetik anizotropisi üzerine etkileri araştırılmıştır. 20 nm ve altı kalınlıklara sahip Ni ince filmler için GaAs yüzey diziliminin manyetik anizotropi üzerinde belirleyici olduğu kaydedilmiştir. 
Çalışılan ikinci örnek sistemi Si/Pt/(Co/Ni)n/Pt şeklindedir. (Co/Ni)n ince filmlerde örnek düzlemine dik mıknatıslanma elde edebilmek için farklı büyütme parametreleri denenmiştir. Bu aşamadan sonra iki farklı ferromanyetik tabaka arasına manyetik olmayan Pt tabakası konularak dev manyetodirenç (GMR) yapısı oluşturulmuştur. Öncelikle her iki ferromanyetik tabakanın dik mıknatıslanmaya sahip olduğu GMR yapıları incelenmiştir. Sonrasında alt ferromanyetik tabaka olarak dik mıknatıslanmaya sahip (Co/Ni)n ve üst ferromanyetik tabaka olarak paralel mıknatıslanmaya sahip Co kullanılan yapılar çalışılmıştır. Pt ara katmanın kalınlığına ve Co üst ferromanyetik tabakanın kalınlığına bağlı olarak sistemin manyetik ve transport özellikleri incelenmiştir. En son olarak üç katlı GMR yapıları incelenmiştir.

Abstract:
Nickel (Ni) is a 3d transition metal. It is ferromagnetic at room temperature. Compared with the other two 3d transition metals (Cobalt and iron), it has a weaker magnetisation. Therefore, there is a less amount of research on Ni than cobalt and iron.  However, recent researches demonstrated both single layered and multilayered Ni thin films have ensured some of the properties for technological applications. For that reason, in this thesis some of the single layered and multilayered Ni thin film systems are investigated.  
Two different sample systems are examined in the thesis. In the first sample system, structural and magnetic properties of single layered Ni thin films grown on GaAs (100) substrate are studied. Effect of different GaAs surface reconstructions on the magnetic anisotropy of Ni thin films are investigated. It has been noted that GaAs surface reconstruction is determinant on magnetic anisotropy of Ni thin films, with a thickness 20 nm and less. 
The second studied sample system is Si/Pt/(Co/Ni)n/Pt. Different growth parametres were attempted to obtain magnetisation perpenciular to sample surfcae in (Co/Ni)n thin films.  After this stage, a giant magnetoresistance (GMR) structure was formed by placing a non-magnetic Pt layer between two different ferromagnetic layers. Firstly, GMR structures in which both ferromagnetic layers have perpendicular magnetization were investigated. Then, for bottom ferromagnetic layer (Co/Ni)n thin films with perpendicular magnetisation, and for top ferromagnetic layer Co with parallel magnetisation were used.  Magnetic and transport properties of the system were examined depending on the thcikness of Pt spacer layer and Co ferromagnetic layer. Finally, three layered GMR structures were examined