Çok katmanlı manyetik ince filmlerin büyütülmesi, ferromanyetik rezonans yarıeğri genişliklerinin ve manyetik özelliklerinin incelenmesi
Fabrication of magnetic multilayer thin films and investigation of ferromagnetic resonance linewidth and magnetic properties
Yazar: EMİNE GÖKÇE POLAT
Danışman: DOÇ. DR. FİKRET YILDIZ
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Antiferromanyetik sistemler = Antiferromagnetic systems ; Antiferromanyetizma = Antiferromagnetism ; Ferromanyetik sistemler = Ferromagnetic systems ; Ferromanyetik sistemler = Ferromagnetic systems

Özet:
Bu tez çalışması iki ana çalışmadan oluşmuştur. İlk kısımda, genel yapısı Si(100)/Ta/CoFeB/MgO/Ta olan ince film sistemleri farklı CoFeB kalınlıklarında magnetron saçtırma tekniği ile hazırlanmıştır. Hazırlanan örneklerin manyetik özellikleri büyütme sonrası işlemsiz ve ısıl işlem uygulanması durumları için ferromanyetik rezonans (FMR) tekniği ile incelenmiştir. Tek ve çok katlı filmler için ferromanyetik rezonans (FMR) sinyali ve FMR yarıgenişlik incelemeleri açıya bağlı yapılmıştır. Isıl işlem etkisiyle CoFeB (1 nm) film dik anizotropi elde edilmiştir. As grown ve ısıl işlem görmüş filmlerde yarıgenişlik Gilbert sönümleme etkisi ve manyetik homojen olmama katkısı ile tanımlanmıştır. Tek ve üç tabakalı filmin yarıgenişlikleri arasındaki farkın esas olarak, ara yüz katmanlarında spin pompalama etkisinin sönümleme üzerindeki etkisinden kaynaklandığı öne sürülmüştür.
İkinci çalışmada genel yapısı Si(100)/Pt/Au/[Co/Pt]6/IrMn/Co/Pt olan çok katmanlı manyetik ince filmler magnetron saçtırma tekniği kullanılarak çeşitli kalınlıklarda hazırlandı. Filmlerin manyetik karakterizasyonları için FMR, Manyeto optik Kerr etkisi (MOKE) ve titreşimli örnek manyetometresi (VSM) teknikleri kullanıldı. Dik manyetik anizotropiye sahip 6 katlı [Co / Pt] katmanı ile anti-ferromanyetik IrMn ara katmanı arasındaki etkileşimlerin incelendiği iki tabakalı sistemler incelenmiştir. [Co/Pt]6/IrMn/Co üç tabakalı dik ve düzlem içi mıknatıslanmalara sahip tabakalar arası etkileşimlere ara-tabaka IrMn kalınlığının etkisi incelenmiştir. Ara-tabaka olan IrMn kalınlığından dolayı manyetik etkileşimler L-MOKE ile araştırılmıştır. IrMn kalınlığının zorlayıcı alanlar ve kaydırma alanı üzerinde güçlü etkisi olduğu tespit edildi. Kendiliğinden gerçekleşen EB' nin IrMn (111) dokusunun bir sonucu olduğu gözlendi. Alan altında soğutmanın etkisiyle (5 kOe'de 400 K ila 300 K), örnekler için negatif alan yönünde EB alanları (HEB) ölçülmüştür. 
İkinci çalışmada genel yapısı Si(100)/Pt/Au/[Co/Pt]6/IrMn/Co/Pt olan çok katmanlı manyetik ince filmler magnetron saçtırma tekniği kullanılarak çeşitli kalınlıklarda hazırlandı. Filmlerin manyetik karakterizasyonları için FMR, Manyeto optik Kerr etkisi (MOKE) ve titreşimli örnek manyetometresi (VSM) teknikleri kullanıldı. Dik manyetik anizotropiye sahip 6 katlı [Co / Pt] katmanı ile anti-ferromanyetik IrMn ara katmanı arasındaki etkileşimlerin incelendiği iki tabakalı sistemler incelenmiştir. [Co/Pt]6/IrMn/Co üç tabakalı dik ve düzlem içi mıknatıslanmalara sahip tabakalar arası etkileşimlere ara-tabaka IrMn kalınlığının etkisi incelenmiştir. Ara-tabaka olan IrMn kalınlığından dolayı manyetik etkileşimler L-MOKE ile araştırılmıştır. IrMn kalınlığının zorlayıcı alanlar ve kaydırma alanı üzerinde güçlü etkisi olduğu tespit edildi. Kendiliğinden gerçekleşen EB' nin IrMn (111) dokusunun bir sonucu olduğu gözlendi. Alan altında soğutmanın etkisiyle (5 kOe'de 400 K ila 300 K), örnekler için negatif alan yönünde EB alanları (HEB) ölçülmüştür.

Abstract:
This thesis consists of two main sections. For the first section, Si(100)/Ta/CoFeB/MgO/Ta structure was grown using sputtering technique. The influences of thin film thickness and post-annealing process on the magnetic properties of CoFeB thin films were investigated. The angular dependence of the linewidth of the ferromagnetic resonance signal was used to explore the magnetic behavior of stacks. Magnetization changes from in-plane to out-of-plane as a result of the annealing process in the CoFeB thin film of 1 nm thickness. The ferromagnetic resonance (FMR) linewidth can be defined well by the intrinsic Gilbert damping and the magnetic inhomogeneity contributions in both as-grown and annealed samples. The difference between the linewidths of the single and trilayer films is mainly caused by the spin pumping effect on damping which is associated with the interface layers.
In the second section, the structural and magnetic properties of [Co/Pt]6/IrMn/Co/Pt thin film system have been investigated. The multilayer films were grown on Si (100) by using sputter technique. FMR, magneto-optic kerr effect (MOKE), and vibrating sample magnetometer (VSM) techniques were used for magnetic characterization. The coupling between the [Co/Pt] layer easy axis with out-of-plane of magnetization and Co layer easy axis with in-plane of magnetization across anti ferromagnetic IrMn spacer layer was studied by MOKE. It has been found that the IrMn thickness strongly influenced the coercive fields and exchange bias (EB). Spontaneous EB was observed as a result of IrMn (111) tissue. The negative EB was observed for samples after field cooling application.