Spintronik uygulamaları için ferromanyetik/antiferromanyetik çok katmanlı ince filmlerin manyetik ve yapısal özelliklerinin incelenmesi
Investigation of magnetic and structural properties of ferromagnetic/antiferromagnetic multilayered thin films for spintronics applications
Yazar: AYŞENUR AKBULUT
Danışman: DOÇ. DR. FİKRET YILDIZ
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu çalışmada, Si/Pt(tPt)/Ni45Mn55(tAFM)/Co(tFM)/Pt(30 Å) ince film sisteminin yapısal ve manyetik özellikleri Pt alt tabakasının, antiferromanyetik NiMn tabakasının ve ferromanyetik Co tabakasının kalınlığına bağlı olarak araştırıldı. Ayrıca (Pt/Co)10/NiMn ince film sisteminin de manyetik özellikleri çalışıldı. Pt ve Co tabakaları magnetron saçtırma (MS) tekniği kullanılarak büyütülürken, NiMn tabakası ise ayrı ayrı hedef malzemeler kullanılarak moleküler ışın epitaksi (MBE) yöntemiyle hazırlanmıştır.
Hazırlanan örneklerin manyetik özellikleri titreşimli örnek manyetometresi (VSM) tekniği kullanılarak araştırıldı. VSM sonuçlarına göre yeterince kalın Pt alt tabaka üzerine büyütülen NiMn/Co örneklerinde, büyütme esnasında ya da sonrasında herhangi bir manyetik alan altında ısıtma ve soğutma işlemine gerek kalmadan kendiliğinden kaydırma etkisi (exchange bias, EB) gözlenmiştir. NiMn ve Co tabakaları arasındaki değiş-tokuş etkileşmesinin Pt kalınlığının artmasıyla kuvvetlendiği gözlenmiştir. Sistemde kendiliğinden bir kaydırma etkisi gözlemlemek için Pt alt tabakasının kalınlığının 25 Å ya da daha fazlası olması gerekirken, NiMn tabakasının da Pt alt tabakası üzerine büyütülmesi gerekmektedir. Diğer taraftan daha ince Pt alt tabakaların üzerine büyütülen Co/NiMn ince filmlerde sıfırlayıcı alanda (HC) önemli artışlar kaydedildi. Kendiliğinden kaydırma etkisini elde edebilmek için Co ve NiMn tabakalarının kalınlık aralığı da araştırıldı. Bu kendiliğinden kaydırma etkisinin Pt alt tabakası tarafından indüklenen NiMn (111) texture yapısının bir sonucu olduğu tartışıldı. Isıtma işlemi ve alan altında soğutmanın (400 K'den 200K'e 2 kOe'lik alan altında) etkileri ile negatif alan yönünde daha büyük EB değerleri ölçüldü.

Abstract:
In this work, structural and magnetic properties of Si/Pt(tPt)/Ni45Mn55(tAFM)/Co(tFM)/Pt(30 Å) thin film system have been investigated depend on the thicknesses of Pt buffer layer, antiferromagnetic NiMn layer and ferromagnetic Co layer. Also, magnetic properties of (Pt/Co)10/NiMn thin film system have been investigated. While Pt and Co layers were grown by using magnetron sputtering (MS) technique, NiMn layer was grown by molecular beam epitaxy (MBE) by using seperate target materials.
Magnetic properties of the prepared samples have been investigated by using vibrating sample magnetometry (VSM) technique. Due to the VSM results while NiMn/Co samples were grown on thick enough Pt buffer layer, spontaneous exchnage bias was observed without requiring field heating or cooling procces during or after growth. Exchange coupling between NiMn and Co layers enhanced considerably with increasing Pt buffer layer thickness. In order to observe a spontaneous EB in the system, Pt buffer layer must have a thickness of 25 Å or more and NiMn layer must be grown directly on the buffer layer. On the other hand, significant increments in the coercive fields (HC) were reported for thinner Pt buffer layers. The thickness ranges for Co and NiMn layers were also determined to obtain spontaneous EB. This spontaneous EB is discussed to be a result of NiMn (111) texture which is induced by Pt buffer layer. With the effect of annealing and field cooling (from 400 K to 300 K at 2 kOe) greater EB fields (HEB) are measured for the samples in the negative field direction.