Óriás mágneses ellenállás multirétegekben

HTML
DOWNLOAD

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Óriás mágneses ellenállás multirétegekben"

Pál Vincze
9 évvel ezelőtt
Látták:

1 Óriás mágneses ellenállás multirétegekben munkabeszámoló Tóth Bence MTA SZFKI Fémkutatási Osztály

2 PhD-témám Óriás mágneses ellenállás (GMR) multirétegekben Co/Cu kezdeti rétegnövekedés tulajdonságai Ni-Co/Cu Σd, d NM, d FM Fe-Co/Cu multirétegek d NM, d FM előállítás elektrokémiai (ED) úton, elektromos transzport vizsgálata, felületi durvaság mérése AFM-mel 2/27

3 GMR R/R 0 multirétegekben Mágneses/nemmágneses szendvicsszerkezetekben 1988 Fert, Grünberg Spinfüggő szórás kétáram-modell Mott, Fert-Campbell 1997 alkalmazás 2007 Nobel-díj H (kg) B>B s B=0 3/27

4 MR (%) MR FM (%) MR FM (%) A mágneses ellenállás (MR) 0 Az elektromos ellenállás változása külső mágneses tér hatására, mely függ az áram (I) és a mágnesezettség (M) irányától I H M longitudinális MR (LMR) I H M transzverzális MR (TMR) LMR S TMR S H S H (koe) LMR TMR a technikai telítés (H s ) fölött MR(H)=MR FM +GMR SPM L(μB/kT) 0-1 mért adatok SPM-komponens FM-komponens Bakonyi et al., PRB 70, (2004) -2 FM FM -3 FM GMR FM SPM GMR SPM /27 H (koe)

5 I (ma) Kísérleti körülmények Hordozó: 0,26 mm vastag Si-lapka 5 nm párologtatott Cr 20 nm párologtatott Cu szulfát-szulfamát típusú fürdő optimalizált Cu-leválasztási potenciál (-0,585 V vs. SCE) G/P leválasztás: mágneses réteg (Co v. Ni-Co): galvanosztatikus mód (-35,1 ma/cm 2 ) nemmágneses réteg (Cu): potenciosztatikus mód (-0,585 V vs. SCE) t (ms) E(Cu) -550 mv -570 mv -585 mv -600 mv -620 mv -640 mv 5/27

6 Ultravékony Co/Cu multirétegek

7 Célok A rétegleválás kezdeti szakaszának vizsgálata Hogyan indul meg a nukleáció a hordozón? Vizsgált mintaparaméterek: R q MR 7/27

8 MR (%) MR (%) MR (%) MR (%) MR (%) GMR 1 Co-rétegben Co H (koe) Co/Cu/Co: ugyanolyan jelleg 2 rétegpár: multirétegre jellemző GMR d Co = 2,0 nm d Cu = 5,0 nm Az első réteg szigetes Co/Cu Co/Cu H (koe) H (koe) Két rétegpárnál már a rétegek közötti FM-FM szórás dominál Co/Cu/Co H (koe) Co/Cu/Co/Cu 8/ H (koe)

9 MR (%) MR (%) MR (%) MR (%) Cserereakció Hogyan változtatja meg a multiréteg paramétereit a legfölső Co-réteg és a vele kapcsolatban levő elektrolit között végbemenő cserereakció? Co (2 nm) / T / Cu (5 nm) / Co (2 nm) / T / Cu (5 nm) Cu 2+ + Co Cu + Co 2+ Minél tovább érintkezik az oldat a legfölső Co-réteggel, annál több Co oldódik vissza az elektrolitba a réteg folytonossága leromlik (ha elég sokáig várnánk, az egész Co-réteg visszaoldódhatna) a mágneses ellenállás lecsökken T = 0 s H (koe) T = 5 s H (koe) T = 10 s H (koe) T = 20 s 9/ H (koe)

10 MR (%) MR (%) Hármasréteg-elrendezés Cu(2,5nm)/Co(2,0nm)/Cu(2,5nm) hogy kiürítsük az elektrolit hordozóhoz közeli részét az a Cu 2+ -ionokra nézve hogy oxidmentes Cu-réteget kapjunk, amire a Co-atomok könnyebben tudnak leválni hogy elkerüljük a cserereakciót a legfölső Co-réteg és az elektrolit között hogy a korábban optimalizált 5,0 nm-es rézrétegvastagságot kapjuk a multirétegen belül hármasréteg hármasréteg /27 H (koe) H (koe)

11 R q (nm) Felületi durvaság A négyzetes átlagos durvaság (R q ) lineárisan növekedett a rétegvastagsággal N hármasréteg Növekvő vastagsággal az R q telítődött tömbi fémek és ötvözetek esetében, Renner, J.Mater.Res. 15 (2) (2000) lineárisan nőtt fémekben és ötvözetekben, Schwarzacher, J.Phys.Cond.Mat. 16 R859-R880 (2004) exponenciálisan nőtt multirétegekben Da Silva, J.Electrochem.Soc. 154 (2) D88-D90 (2007) [Cu/Co/Cu]xN d Co = 2.0 nm d Cu = 5.0 nm teljes multirétegvastagság (nm) 11/27

12 ( cm) ( cm) Fajlagos ellenállás ρ ML A sönthatásra korrigálni kell a mért értékeket ρ mért = 1 a x x feltevés: ρ ML nem függ d ML -től ρ subs ismert (mérhető) x d d ML subs a ML subs ρ subs N hármasréteg ρ mért ML Illesztési paraméter: ρ ML A ρ mért és ρ subs adatokból számolt ρ ML értékek jól egyeznek az illesztésből kapott ρ ML értékkel 6 5 mért korrigált /27 teljes multirétegvastagság (nm) subs

MR SPM / MR MR FM (%) Mágneses ellenállás 0.20 0.18 0.16 0.14 0.12 0.

13 MR SPM / MR MR FM (%) Mágneses ellenállás A teljes mért MR növekszik a vastagsággal Hat hármasrétegnél a sönt- és SPMkorrigált MR FM érték telítődik Az SPM- járulék a vastagsággal monoton nő Az SPM-járulék a teljes MR-hez ennél a vastagságnál (kb. 40 nm) a minimális N hármasréteg teljes multirétegvastagság (nm) MR SPM N hármasréteg teljes multirétegvastagság (nm) N hármasréteg MR FM mért MR FM korrigált MR SPM teljes multirétegvastagság (nm) 13/27 Ishiji, Jpn.J.Appl.Phys, 45 (5A) (2006)

14 Ni-Co tömbi ötvözetek Co/Cu multirétegek Ni-Co/Cu multirétegek

15 Célok optimalizálható paraméterek: d FM d NM c Co szuperparamágneses járulék minimalizálása (kis H s ) (Bakonyi et al. PRB 04) [Ni-Co/Cu] x N Σd = nm d Cu = 0,8 6,0 nm d NiCo = 1,0 2,5 nm c Co = 50 at.% 15/27

16 R q (nm) Felületi durvaság R q növekszik a növekvő összvastagsággal a növekvő Cu-réteg vastagsággal Ez szabad szemmel is látható 700 nm-nél a levált multiréteg már porózus Da Silva and Schwarzacher, J. Electrochem. Soc. 154 D88-D90 (2007) d NiCo = 2.0 nm d Cu 0.8 nm 3.4 nm 6.0 nm / d (nm)

17 ( cm) Fajlagos ellenállás Kis összvastagság: csökkenés a Cu tömbi értéke irányába növekvő összvastagság: növekvő fajlagos ellenállás Nagyon vastag Cu-réteg esetén drasztikus csökkenés d=50nm d=100nm d=300nm d=700nm 8 tömbi Ni 50 Co tömbi Cu párhuzamos ellenállás-modell /27 d Cu (nm) Bakonyi et al., J. Phys.: Cond. Mat. 11, 963 (1999)

18 GMR FM (%) Nincs oszcilláló GMR Kb. 5 nm-es rézréteg-vastagságig növekszik Utána csökken MR(d Cu ) 0-1 d = 50 nm d = 100 nm d = 300 nm d = 700 nm d NiCo = 2.0 nm d Cu (nm) NiCo/Cu ML Cavallotti et al., Electrochem Soc. 18/27Proc , 168 (1998)

19 MR FM (%) MR FM (%) MR (%) MR (%) MR(d FM ) Nagy GMR kis mágneses rétegvastagságnál De ez nagyrészt SPM Liu et al., JMMM 280, 60 (2004) d NiCo (nm) d = 300 nm d NiCo = 1 nm d Cu = 1.6 nm d Cu =0.8nm mért MR Langevin-illesztés MR FM H (koe) d NiCo (nm) d Cu =0.8nm d Cu =6.0nm 19/27 d Cu =6.0nm

20 GMR SPM / MR GMR SPM / MR SPM-járulék minimalizálása A mágneses réteg vastagságától nagyon kevéssé függ 3 nm rézvastagság fölött állandó járulék Az összvastagsággal eleinte csökken, majd növekszik 4 nm rézvastagság fölött állandó A GMR-optimum 5 nm itt is megfelelő d = 300 nm d NiCo =2.5 nm d NiCo =2.0 nm d NiCo =1.5 nm d NiCo = 2 nm d=50nm d=100nm d=300nm d=700nm 0.4 d NiCo =1.0 nm d Cu (nm) d Cu (nm) 20/27

21 Fe-Co/Cu multirétegek

22 c Fe,minta (at.%) Fe-Co/Cu multirétegek Az optimális rézleválási potenciál függ a Fe oldatbeli koncentrációjától A mágneses ellenállás még 6 nm elválasztó rézrétegnél is nő LMR c Fe,oldat,ion (%) dcu /27 dfeco 2.0

23 Összefoglalás Rétegleválás és nukleáció kezdeti szakaszának vizsgálata Co/Cu multirétegekben szigetes növekedés, SPM-FM szórás Ni-Co/Cu multirétegek elektromos és mágneses tulajdonságainak vizsgálata GMR-maximum a nemmágneses réteg vastagságának növelésével nagy összrétegvastagságnál erős feldurvulás a vékony mágneses réteg erősen szigetes Fe-Co/Cu multirétegek csak vastag Cu-rétegnél ér el maximumot a GMR 23/27

24 Jövőbeli tervek Fe-Co/Cu multirétegek FM és NM rétegeinek vastagság-optimalizálása Ni-Co/Cu multirétegek szerkezetvizsgálata PhD-dolgozat megírása 24/27

25 Publikációk, előadások, iskolák I. Bakonyi, E. Simon, B.G. Tóth, L. Péter and L.F. Kiss Physical Review B 79, /1-13 (2009) B.G. Tóth, L. Péter, Á. Révész, J. Pádár and I. Bakonyi The European Physical Journal B 75, (2010) B.G. Tóth, L. Péter and I. Bakonyi: Magnetoresistance and surface roughness study of ultrathin electrodeposited Co/Cu multilayers : EAST forum - MINDE workshop, Schwäbisch Gmünd, Németország : 8th International Workshop on Electrodeposited Nanostructures, Milánó : European Workshop on Electrochemical Deposition of Thermoelectric Materials, Kaub am Rhein, Németország : European School on Magnetism, Temesvár (+poszter) 25/27

26 Köszönetnyilvánítás Bakonyi Imre Péter László Pekker Áron az SZFKI vezetősége 26/27

27 Köszönöm a figyelmet! 27/27

28 Szórási valószínűség N(E) E F,Pd E F,Cu N(E) E F,Co, Ni d s d s paramágnes: n =n E d s E Mott: ρ átmenetifém >>ρ nemesfém, mert az s-d szórás miatt ρ~p szórás ~N(E F ) ρ ~N s(e F ) << ρ ~N d(e F ), ha nincs spinkeveredés 28/27

Hasonló dokumentumok

ÓRIÁS MÁGNESES ELLENÁLLÁS

ÓRIÁS MÁGNESES ELLENÁLLÁS Modern fizikai kísérletek szemináriúm Ariunbold Kherlenzaya Tartalomjegyzék Mágneses ellenállás Óriás mágneses ellenállás FM/NM multirétegek elektromos transzportja Kísérleti