Magnetfelters indflydelse på tyndfilmstrukturer

Et team af forskere fra Immanuel Kant Baltic Federal University, sammen med deres kolleger fra Rusland, Japan, og Australien, har undersøgt indflydelsen af ​​inhomogene magnetiske felter anvendt under fremstillingsprocessen af ​​tyndfilmsstrukturer fremstillet af nikkel-jern og iridium-mangan-legeringer. Disse systemer kan bruges i forskellige typer magnetfeltsensorer. Resultaterne er offentliggjort i Journal of Magnetism and Magnetic Materials .

Magnetiske materialer er opdelt i flere typer afhængigt af deres reaktion på et eksternt magnetfelt. For eksempel, diamagnetiske materialer bliver magnetiseret i den modsatte retning af det ydre felt, mens paramagnetiske erhverver det magnetiske moment med samme retning som feltets. Yderligere to klasser af magnetiske materialer - ferromagnetiske og antiferromagnetiske - er forskellige, fordi de er i stand til at bevare magnetiske egenskaber selv i fravær af et eksternt felt. Ferromagnetiske materialer har et restmagnetisk moment og kan bruges som permanente magneter, mens det magnetiske moment af antiferromagnetiske materialer er lig med nul i fravær af et magnetisk felt på grund af magnetiske momenter af subgitter, der har modsatte retninger og ophæver hinanden.

Et typisk fænomen for de ferromagnetiske materialer er en magnetisk hysterese, dvs. en ændring i den iboende magnetiske feltstyrke af en ferromagnet ved forøgelse eller reduktion af en ekstern magnetisk feltstyrke. En hysteresesløjfe af et ferromagnetisk materiale er normalt symmetrisk over oprindelsespunktet. Imidlertid, for materialer, der består af to tynde lag (et anti- og et ferromagnetisk) kan hysteresesløjfen flyttes over oprindelsespunktet. Dette fænomen kaldes udvekslingsbias, og er forårsaget af udvekslingskobling mellem et ferromagnetisk materiale med et antiferromagnetisk.

IKBFU-fysikere undersøgte, hvordan det inhomogene magnetfelt, anvendes under fremstilling af tynde film fremstillet af nikkel-jern (NiFe) og iridium-mangan (IrMn), påvirke dets egenskaber. Prøverne af tynde film blev lavet ved magnetronforstøvningsmetoden. I denne teknologi, et mål (et stykke af et metal, der skal sputteres) bliver bombarderet af de inaktive atomer (f.eks. atomer af en ædelgas).

"Vi har påvist, at tilstedeværelsen af ​​et inhomogent magnetfelt under fremstillingsprocessen af ​​tyndfilmudvekslingskoblede strukturer ændrer deres magnetiseringsreverseringsmekanisme. Hvis homogene magnetfelter bruges i denne proces, det fører til det klassiske skift af hysteresesløjfen. Ændringer i det magnetiske felts homogenitet påvirker både værdien af ​​sløjfeforskydningen og formen af ​​sløjfen i NiFe/IrMn-filmstrukturen. Vi demonstrerede, at en trinvis hysterese-løkke kan opnås for prøven, der blev skabt i området med den højeste gradient af magnetfeltet. De regelmæssigheder, vi opdagede, vil hjælpe med at øge følsomheden af ​​magnetfeltdetektorer, " siger Valeria Rodionova, medforfatter til værket, kandidat for fysisk-matematiske videnskaber, og leder af Laboratoriet for Nye Magnetiske Materialer i IKBFU.