ВЛИЯНИЕ ТОЛЩИН МАГНИТНЫХ СЛОЕВ НА ОБМЕННОЕ СМЕЩЕНИЕ И ОДНООСНУЮ АНИЗОТРОПИЮ В ГЕТЕРОСТРУКТУРАХ Co/FeMn

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Исследовано влияние толщин ферро- и антиферромагнитных слоев на магнитные свойства синтезированной структуры Pt/Co/FeMn/Pt на кремниевой подложке SiO2. Для экспериментального и теоретического исследования использовали петли магнитного гистерезиса, угловые зависимости спектров ферромагнитного резонанса и выражение для резонансного поля, полученное в ходе решения уравнения Ландау–Лифшица для динамики намагниченности. Установлены величины коэрцитивного поля, а также полей однонаправленной и одноосной анизотропии при толщинах антиферромагнитного слоя 5, 10, 15 нм и ферромагнитного слоя 5, 10 нм. Обнаружено подавление одноосной анизотропии и коэрцитивного поля в ферромагнитном слое с увеличением однонаправленной анизотропии в структурах Pt/Co/FeMn/Pt, что связано с усилением обменного взаимодействия между слоями АФМ и ФМ. Полученные результаты подчеркивают потенциал использования АФМ/ФМ-гетероструктур в устройствах спинтроники.

Об авторах

Татьяна Владимировна Богданова

Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН;
Московский физико-технический институт

Автор, ответственный за переписку.
Email: bogdanova.tv@phystech.edu
ORCID iD: 0000-0002-5757-1811
Scopus Author ID: 58169383100
ResearcherId: https://www.researchgate.net/profile/Tatiana-Bogdanova-4
Россия, ул. Моховая, 11, к. 7, Москва, 125009; Институтский пер., 9, Долгопрудный, 141701

Андрей Сергеевич Федоров

Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН;
Московский физико-технический институт

Email: fedorov.andrei@phystech.edu
Россия, ул. Моховая, 11, к. 7, Москва, 125009; Институтский пер., 9, Долгопрудный, 141701

Сергей Станиславович Сафонов

Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН

Email: sergej-safonov-81@bk.ru
Россия, ул. Моховая, 11, к. 7, Москва, 125009

Анна Антоновна Федорова

Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН;
Московский физико-технический институт

Email: danilova.aa@phystech.edu
Россия, ул. Моховая, 11, к. 7, Москва, 125009; Институтский пер., 9, Долгопрудный, 141701

Тимур Айратович Шайхулов

Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН

Email: shcaihulov@hitech.cplire.ru
Россия, ул. Моховая, 11, к. 7, Москва, 125009

Михаил Андреевич Базров

Институт наукоёмких технологий и передовых материалов Дальневосточного федерального университета

Email: bazrov.ma@dvfu.ru
Россия, п. Аякс, 10, о. Русский, Владивосток, 690922

Жимба Жамбалдоржиевич Намсараев

Институт наукоёмких технологий и передовых материалов Дальневосточного федерального университета

Email: nzhimba@mail.ru
Россия, п. Аякс, 10, о. Русский, Владивосток, 690922

Виктор Владимирович Демидов

Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН

Email: demidov@cplire.ru
Россия, ул. Моховая, 11, к. 7, Москва, 125009

Дмитрий Владимирович Калябин

Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН;
Московский физико-технический институт

Email: dmitry.kalyabin@phystech.edu
Россия, ул. Моховая, 11, к. 7, Москва, 125009; Институтский пер., 9, Долгопрудный, 141701

Сергей Аполлонович Никитов

Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН; Московский физико-технический институт;
Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского

Email: nikitov@cplire.ru
Россия, ул. Моховая, 11, к. 7, Москва, 125009; Институтский пер., 9, Долгопрудный; ул. Астраханская, 83, Саратов, 410012

Список литературы

  1. Никитов С.А., Калябин Д.В., Лисенков И.В., Славин А.Н., Барабаненков Ю.Н., Осокин С.А., Садовников А.В., Бегинин Е.Н., Морозова М.А., Шараевский Ю.П., Филимонов Ю.А., Хивинцев Ю.В., Высоцкий С.Л., Сахаров В.К., Павлов Е.С. Магноника – новое направление спинтроники и спин-волновой электроники // Успехи физич. наук. 2015. Т. 185. № 10. С. 1099–1128.
  2. Baltz V., Manchon A., Tsoi M., Moriyama T., Ono T., Tserkovnyak Y. Antiferromagnetic spintronics // Reviews of Modern Physics. 2018. V. 90. Nо. 1. P. 015005.
  3. Никитов С.А., Сафин А.Р., Калябин Д.В., Садовников А.В., Бегинин Е.Н., Логунов М.В., Морозова М.А., Одинцов С.А., Осокин С.А., Шараевская А.Ю., Шараевский Ю.П., Кирилюк А.И. Диэлектрическая магноника – от гигагерцев к терагерцам // Успехи физич. наук. 2020. Т. 190. № 10.
  4. Qi J., Zhao Y., Zhang Y., Yang G., Huang H., Lyu H., Shao B., Zhang J., Li J., Zhu T., Yu G., Wei H., Zhou S., Shen B., Wang S. Full electrical manipulation of perpendicular exchange bias in ultrathin antiferromagnetic film with epitaxial strain // Nature Commun. 2024. V. 15. Nо. 1. P. 4734.
  5. Manna P.K., Yusuf S.M. Two interface effects: Exchange bias and magnetic proximity // Physics Reports. 2014. V. 535. Nо. 2. P. 61–99.
  6. Hu Y., Li X., Chi X., Du A., Shi F. Role of ferromagnetic spin structure in magnetization reversal and exchange bias phenomena // J. Phys. D: Appl. Phys. 2018. V. 51. Nо. 5. P. 055001.
  7. Peng S., Zhu D., Li W., Wu H., Grutter A.J., Gilbert A.D., Lu j., Xiong D., Cai W., Shafer P., Wang K.L., Zhao W. Exchange bias switching in an antiferromagnet/ferromagnet bilayer driven by spin-orbit torque // Nature Electronics. 2020. V. 3. Nо. 12. P. 757–764.
  8. Xu X., Yang S., Wang H., Guzm ´аn R., Gao Y., Zhu Y., Peng Y., Zang Z., Xi M., Tian S., Li Y., Lei H., Luo Z., Yang J., Wang Y., Xia T., Zhou W., Huang Y., Ye Y. Ferromagnetic-antiferromagnetic coexisting ground state and exchange bias effects in MnBi4Te7 and MnBi6Te10 // Nature Commun. 2022. V. 13. Nо. 1. P. 7646.
  9. Meiklejohn W.H., Bean C.P. New magnetic anisotropy // Phys. Rev. 1956. V. 102. No. 5. P. 1413.
  10. Nogu ´es J., Schuller I. K. Exchange bias // J. Magn. Magn. Mater. 1999. V. 192. Nо. 2. P. 203–232.
  11. Giri S., Patra M., Majumdar S. Exchange bias effect in alloys and compounds // J. Phys.: Condensed Matter. 2011. V. 23. Nо. 7. P. 073201.
  12. Layadi A., Cain W.C., Lee J., Artman J.O. Investigation of anisotropy by ferromagnetic resonance (FMR) in exchange-coupled bilayer films // IEEE Trans. Magn. 1987. V. 23. Nо. 5. P. 2993–2995.
  13. McMichael R.D., Stiles M.D., Chen P.J., Egelhoff W.F. Ferromagnetic resonance linewidth in thin films coupled to NiO // J. Appl. Phys. 1998. V. 83. Nо. 11. P. 7037–7039.
  14. Stamps R.L. Mechanisms for exchange bias // J. Phys. D: Appl. Phys. 2000. V. 33. Nо. 23. P. R247.
  15. Chen Y.T. The effect of interface texture on exchange biasing in Ni80Fe20/Ir20Mn80System // Nanoscale Research letters. 2008. V. 4. Nо. 1. P. 90.
  16. Gao T.R., Shi Z., Zhou S., Chantrell R.W., Asselin P., Bai X., Du J.F., Zhang Z. Exchange bias, training effect, hysteretic behavior of angular dependence, and rotational hysteresis loss in NiFe/FeMn bilayer: Effect of antiferromagnet layer thickness // J. Appl. Phys. 2009. V. 105. Nо. 5.
  17. Aley N.P., Vallejo-Fernandez G., Kroeger R., Lafferty B., Agnew J., Lu Y.M., O’Grady K. Texture effects in IrMn/CoFe exchange bias systems // IEEE Trans. Magn. 2008. V. 44. Nо. 11. P. 2820–2823.
  18. Jung H.S., Traistaru O., Fujiwara H. Effect of the kinds of ferromagnetic layers on exchange coupling strength in IrMn/FM films // J. Appl. Phys. 2004. V. 95. Nо. 11. P. 6849–6851.
  19. Фещенко А.А., Москалев М.Е., Северова С.В., Горьковенко А.Н., Лепаловский В.Н., Селезнева Н.В., Кравцов Е.А., Васьковский В.О. Влияние структурно-композиционных факторов на реализацию эффекта обменного смещения в пленках (Cr–Mn)/Fe20Ni80 // ФТТ. 2023. Т. 124. Nо. 9. C. 830–837.
  20. Luo Y., Esseling M., K ¨аufler A., Samwer K., Dimopoulos T., Gieres G., Vieth M., R ¨uhrig M.D., Wecker J.D., Rudolf C., Niermann T., Seibt M. Co-rich magnetic amorphous films and their application in magnetoelectronics // Phys. Rev. B–Condensed Matter Mater. Phys. 2005. V. 72. Nо. 1. P. 014426.
  21. Sankaranarayanan V.K., Yoon S.M., Kim C.G., Kim C.O. Exchange bias investigations in FeMn based multilayers // Phys. Met. Metal. 2006. V. 101. P. S70–S72.
  22. Le Graet C., Spenato D., Beaulieu N., Dekadjevi D.T., Jay J., Pogossian S.P., Warot-Fonrose B., Youssef B.J. Driving mechanism for damping and g-factor in non-amorphous ferromagnetic CoFeZr ultrathin films // Europhysics Letters. 2016. V. 115. Nо. 1. P. 17002.
  23. Park B.G., Wunderlich J., Marti X., Holy V., Kurosaki Y., Yamada M., Yamamoto H., Nishide A., Hayakawa J., Takahashi H., Shick A.B., Jung-wirth T. A spin-valve-like magnetoresistance of an antiferromagnet-based tunnel junction // Nature Mater. 2011. V. 10. Nо. 5. P. 347–351.
  24. Sun N.X., Srinivasan G. Voltage control of magnetism in multiferroic heterostructures and devices // Spin. World Scientific Publishing Company. 2012. V. 2. Nо. 3. P. 1240004.
  25. Наумова Л.И., Заворницын Р.С., Миляев М.А., Гермизина А.А., Максимова И.К., Чернышова Т.А., Павлова А.Ю., Проглядо В.В., Устинов В.В. Тепловые и спин-орбитальные эффекты при действии тока на спиновые клапаны, содержащие слои β-Ta и сплава nifecr // ФТТ. 2024. V. 125. № 12. P. 1477–1486.
  26. Cheng R., Xiao D., Brataas A. Terahertz antiferromagnetic spin Hall nano-oscillator // Phys. Rev. letters. 2016. V. 116. Nо. 20. P. 207603.
  27. Khoroshilov A.L., Bogach A.V., Demishev S.V., Krasikov K.M., Polovets S.E., Shitsevalova N.Yu., Filipov V.B., Sluchanko N.E. Hall Effect in the Antiferromagnetic State of Ho0.8Lu0.2B12 // JETP Lett. 2022. V. 115. P. 130–135.
  28. Son J.Y., Kim C., Cho J.H., Shin Y., Jang H.M. Self-formed exchange bias of switchable conducting filaments in NiO resistive random access memory capacitors // ACS nano. 2010. V. 4. Nо. 6. P. 3288–3292.
  29. Yang Y., Xu Y., Zhang X., Wang Y., Zhang S., Li R., Mirshekarloo M.S., Yao K., Wu Y. Fieldlike spin-orbit torque in ultrathin polycrystalline FeMn films //Phys. Rev. B. 2016. V. 93. Nо. 9. P. 094402.
  30. Akin K., Piskin H., Selvi E., Demircanli E., Ari S., Ramezan zadeh M.H., Kocaman B., Ozatay O. Correlation of blocking and N ´eel temperatures in ultrathin metallic antiferromagnets // Phys. Rev. Appl. 2024. V. 22. Nо. 4. P. 044037.
  31. Gurevitch A. Magnetic resonance in ferrites and Antiferromagnets. Nauka, 1973.
  32. Kalinikos B.A. Excitation of propagating spin waves in ferromagnetic films // IEE Proceedings H (Microwaves, Optics and Antennas). 1980. V. 127. Nо. 1. P. 4–10.
  33. Demidov V.V., Ovsyannikov G.A., Petrzhik A.M., Borisenko I.V., Shadrin A.V., Gunnarsson R. Magnetic anisotropy in strained manganite films and bicrystal junctions // J. Appl. Phys. 2013. V. 113. P. 163909–163919.
  34. Vasilevskaya T.M., Sementsov D.I. Spin-wave resonance in a tangentially magnetized thin film // Phys. Solid State. 2007. V. 49. P. 1913–1919.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).