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ISSN: 2321 - 6212
苏利亚大学物理系,苏利亚、委内瑞拉
收到:20/07/2015接受:04/01/2016发表:11/01/2016
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表面磁光克尔效应(烟)技术是用于研究单一水晶铁薄膜的磁化旋转,放置在分别以(100)基板磁控管溅射,厚度、tFe、变化范围从70到250年。晶体结构和外延关系决定采用x射线衍射(XRD)。烟循环解释现象学模型框架的连贯的旋转磁化。这些电影的交换行为的特点是两个不同的逆转机制。在电影与厚度小于临界值(tFe < tc),有一个叠加磁晶各向异性的单轴平面各向异性,因此奈尔的磁化旋转是无粘聚力的运动和布洛赫域墙。从临界厚度,厚度增加,单轴各向异性被磁晶各向异性,布洛赫的磁化反转将相干域壁运动。所有的厚度依赖各向异性常量遵循1 / tFe的函数作为接口的预期效果。
磁光克尔效应,磁化反转,连贯的旋转,磁各向异性、界面效应。
在过去的几年,铁磁薄膜和多层膜的磁性质吸引了很多注意力将他们的应用程序在各种技术设备,如(1- - - - - -3]:磁传感器,效率高录音磁头、磁随机存取记忆,等等。最有趣的一个现象发生sub-Nano指标水平表面磁光克尔效应(烟)。最初发现的克尔1876年(4),这种现象源自圆双折射引起的磁场时线性偏振光反射表面的相互作用。在铁磁(FM)磁光(MO)反射信号的强度正比于样品磁化。在薄膜的情况下,烟技术可以用作标准探头磁滞曲线的研究(5),磁域和磁各向异性6,7),在磁记录和高密度存储应用程序(8]。尽管调频薄膜的磁化反转已被广泛研究,仍感兴趣的物体,因为它是理解微观磁过程的关键问题,同时也允许基本的磁性研究。除此之外,当调频材料接触半导体产生混合结构为一系列新的应用提供可能性。雷竞技网页版
实验,磁光技术可以用在三个基本配置,根据应用领域的方向对入射平面:纵向,极地和横向。在纵向配置(LMOKE)应用磁场平行于入射面和样品的平面。在这里,反射信号成正比的组件沿着磁场磁化。在PMOKE极地克尔效应,平行于入射面和垂直于这个平面的电影,和出平面磁化信号成正比。在横向配置(TMOKE),磁场垂直于入射面,并在平面上的电影。在这种情况下,依赖的莫信号磁化更为复杂,因为是一个非线性函数的平面磁化组件。在实践中,MO方法非常简单,容易实现与其他磁规技术相比,如扫描仪或鱿鱼,和这些相比,允许我们单独测量磁化所有组件。
铁薄膜的厚度范围内从70年到250年增长了直流磁控溅射到商业电子级分别以(001)晶片,边缘与解理方向[110]。磁场磁控管保证连续的10 Oe的增长过程。沉积之前,基板在超声波清洗浴室丙酮和乙醇的10分钟,然后在氮气流干。衬底上的缓冲层和覆盖层上使用了磁膜。系统的基准压力之前沉积是2.0×107托。
电影被存入一个3.4×103托氩气氛sputter-up配置中,衬底距离9厘米的目标。基于“增大化现实”技术的气体的纯度和铁的目标是99.999% y 99.9%,分别。衬底温度维持在130°C,提供电力的20 W。使用校准石英晶体膜厚控制,与沉积速率的顺序~ 1 a / s。的晶体质量铁电影是由x射线衍射(XRD)测试西门子D5000衍射仪,与铜Kα辐射在Bragg-Brentano配置。
铁的磁滞曲线(t菲)/分别以(001)电影被烟雾在纵向配置测量。在这个配置中莫信号成正比的组件应用平行磁化场。在室温下进行测量和1 koe磁场。样本辐照与氦氖(632.8海里)辐射线性偏振45°对入射平面(θp= 45°),并在一个角度θ调制米= 0°和一个光弹调制器频率ω= 50°kHz。入射角是固定在60°莫菲的吸收最大。在检测之前,信号通过一个分析器在2ω模式来选择相应的磁化组件。磁滞回路被应用在几个位置的磁场与测角仪的帮助,这使我们平面旋转的样品。
图1显示高纬度θ-2θx射线衍射模式100厚菲电影。除了衬底的峰值,唯一观察到布拉格峰从菲电影在2θ= 65.38°,这与菲(200)的反射平面上。是一个测量晶格参数0= 2.852。相比大部分铁2.866的晶格参数,压应变为-0.49%。这些观察结果表明高结晶质量的电影一个定义良好的增长方向(100)飞机。平面外延关系推断相比之下的衬底解理方向[110]和磁容易硬轴通过驴,和假设Fe电影表现的体积。以下外延关系得到:[100]菲| |[110]分别和[010]菲| |[110]分别。
图1:镜面x射线衍射模式从菲(100)/分别以(001)电影。
样品的磁滞曲线菲(70)/分别以(001)和铁(100)/分别以(001)所示数据2和3,分别。这些循环被磁场,H,平行于立方轴的bcc铁[110]、[100],[110]和[010]。在薄膜,这些曲线的特点是一个不可逆转的过渡时H | |[110],[110]和[010]等效轴[110],[110]在当磁场H | |[100],磁化曲线不对称,特点是两个不可逆转换字段,剩磁MR/ M < 1.0。在电影与厚度t菲> 100,滞后循环显示对称配置文件在所有字段位置与等效轴容易和困难。为了充分理解铁薄膜的磁化反转,我们使用一个模型的磁化和磁自由能连贯地旋转
图2:菲驴磁滞回路(70)/分别以(001),应用磁场平行于立方晶体轴的铁[110]、[100],[110]和[010]。连续曲线计算的描述文本。
图3:菲驴磁滞回路(100)/分别以(001),应用磁场平行于立方晶体轴的铁[110]、[100],[110年]和[010年]。连续曲线计算的描述文本。
whereθ和ϕ极地和方位角度的磁化矢量,分别;M是饱和磁化;K1是一阶立方磁晶各向异性常数;Ku是单轴平面各向异性常数;ϕH的方位角度应用领域对[100]方向;米eff是定义的有效磁化4πmeff= 4πm-2kN/ M和KN垂直各向异性常数。单轴各向异性的起源在这些影片的压缩应变观测到的x射线衍射谱。理论计算磁滞回路采取平行磁化的组件应用领域
在ϕ0是电影中的磁化的平衡位置平面,计算数值的最小自由能对每个磁场取向。实验曲线和模型之间的最佳匹配是获得使用中列出的参数表1。理论和实验之间的协议是合理的和样品厚度t菲> 100,只观察到的一个过渡。然而,对于薄电影理论曲线偏离实验在H磁滞回线| |[100],两个不可逆转换。这是一个象征,在这些电影中,磁化旋转非相干性的。其它在外延Fe /砷化镓薄膜的研究表明磁化的切换是由奈尔和布洛赫域的旋转墙壁,单轴和磁晶各向异性的作用下9]。
| t菲 | 4 Meff | 2 k1/ M | 2 ku/ M |
|---|---|---|---|
| (一) | (kOe) | (kOe) | (kOe) |
| 70年 | 11.7 | 0.27 | 0.07 |
| 90年 | 15.7 | 0.36 | 0.015 |
| One hundred. | 16.5 | 0.42 | 0.012 |
| 115年 | 17.2 | 0.44 | 0.012 |
| 130年 | 17.4 | 0.46 | 0.011 |
| 150年 | 18 | 0.51 | 0.01 |
| 185年 | 18.5 | 0.5 | 0.011 |
| 200年 | 18.9 | 0.52 | 0.012 |
| 230年 | 19.25 | 0.53 | 0.011 |
| 250年 | 19.5 | 0.55 | 0.011 |
表1:各向异性常数获得烟气循环。
各向异性场的变化对膜厚度所示图4。面板的实线数据4和b函数依赖1 / t后吗菲如预期的界面和表面效果。的插图图4 b面内单轴之间的变化速度和磁晶体常数,Ku/ K1。
图4:各向异性常数的厚度依赖Fe /分别以(001)薄膜。实线代表1 /功能t菲。插图(b)的比率Ku/K1。虚线是指南眼睛
这使我们能够量化的影响磁各向异性在铁薄膜磁化反转过程。随着膜厚度下降低于临界厚度约100,K的值u/ K1增加迅速从~ 0.025 ~ 0.26。这之间建立一个竞争单轴和立方各向异性,因此发生的非相干性的旋转磁化由于从Neel-to-Bloch畴壁运动,为解释9,10]。感兴趣的,因为这种行为提供了一个可调开关特性,可以在微磁设备应用程序的重要性。另一方面,电影比100厚的磁晶各向异性击溃了单轴各向异性,磁化切换是一致的,主要由布洛赫的旋转域墙。
我们已经研究了磁化反转在单一水晶Fe /分别使用平面磁力测定烟(001)薄膜。临界厚度约100分离两个开关政权是观察。在电影与厚度t菲> 100,三次各向异性单轴各向异性的叠加。由于这种各向异性叠加逆转过程是由一个非相干性的旋转磁化,与Neel-to-Bloch域壁运动。对于t菲> 100控制的磁化反转是连贯和立方磁晶各向异性,与布洛赫域壁运动。各向异性常数确定影片的烟循环,使用相干的现象学模型旋转磁化。所有各向异性遵循1 / t的趋势菲
