ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Thị Kiều Vân NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÀNG MỎNG ĐA LỚP CÓ CẤU TRÚC SPIN VAN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2015 Header Page 1 of 107 Foote[.]
Header Page of 107 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Thị Kiều Vân NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÀNG MỎNG ĐA LỚP CÓ CẤU TRÚC SPIN VAN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2015 Footer Page of 107 Header Page of 107 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Thị Kiều Vân NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÀNG MỎNG ĐA LỚP CÓ CẤU TRÚC SPIN VAN Chuyên ngành: Vật lý Nhiệt Mã số: Chuyên ngành đào tạo thí điểm LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LÊ TUẤN TÚ Hà Nội – Năm 2015 Footer Page of 107 Header Page of 107 LỜI CẢM ƠN! Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS Lê Tuấn Tú – người thầy tận tình giúp đỡ em suốt thời gian làm luận văn Cảm ơn thầy giúp em lựa chọn đề tài, cung cấp cho em thông tin, tài liệu cần thiết nhiệt tình giải đáp vướng mắc suốt trình nghiên cứu đề tài… Em xin chân thành biết ơn dạy dỗ tất quý thầy cô Khoa Vật lý – Trường Đại học Khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội Các thầy, truyền đạt lại cho em kiến thức cần thiết bổ ích cho tương lai sau Cuối cùng, lời cảm ơn chân thành sâu sắc em xin gửi tới gia đình thân yêu – người sát cánh động viên em suốt chặng đường qua Hà Nội, ngày 06 tháng 07 năm 2015 Sinh viên Nguyễn Thị Kiều Vân Footer Page of 107 Header Page of 107 MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ MÀNG MỎNG TỪ TÍNH 1.1 Màng mỏng 1.2 Dị hƣớng từ 1.2.1 Dị hướng hình dạng .3 1.2.2 Dị hướng từ tinh thể 1.2.3 Dị hướng ứng suất 1.2.4 Dị hướng từ màng mỏng 1.3 Các vật liệu sắt từ 1.4 Các chất phản sắt từ (AFM) .8 1.4.1 Đặc điểm vật liệu phản sắt từ .8 1.4.2 Lý thuyết trường phân tử lớp phản sắt từ .9 1.5 Giới thiệu tƣợng trao đổi dịch .9 1.5.1 Nguồn gốc hiệu ứng trao đổi dịch 10 1.5.2 Hiện tượng dịch đường từ trễ hệ FM/AFM .11 1.5.3 Mơ hình lý thuyết 12 1.5.4 Sự phụ thuộc vào độ dày từ trường trao đổi dịch 14 1.5.5 Các ứng dụng tượng trao đổi dịch 15 1.6 Giới thiệu hệ có cấu trúc spin van 16 1.7 Mục tiêu luận văn .17 Chƣơng 2: CÁC PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 19 2.1 Chế tạo màng mỏng phƣơng pháp phún xạ 19 2.2.1 Cơ chế phún xạ 19 2.1.2 Các hệ phún xạ 20 2.2 Hiển vi điện tử quét (SEM) .24 2.3 Từ kế mẫu rung (VSM) 26 Footer Page of 107 Header Page of 107 2.4 Phân tích nhiễu xạ tia X 29 Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .32 3.1 Màng mỏng NiFe 32 3.1.1 Kết đo hiển vi điện tử quét (SEM) .32 3.1.2 Kết đo nhiễu xạ tia X (XRD) 33 3.1.3 Kết đo từ kế mẫu rung (VSM) 34 3.2 Hệ vật liệu NiFe/IrMn .35 3.2.1 Kết đo tính chất từ 35 3.2.2 Kết đo XRD 38 3.3 Hệ vật liệu NiFe/Cu/NiFe/IrMn 39 3.3.1 Kết đo từ kế mẫu rung (VSM) 39 3.3.2 Ảnh hưởng lớp ghim lên tính chất từ .41 3.3.3 Ảnh hưởng lớp phản sắt từ lên tính chất từ 43 KẾT LUẬN 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 Footer Page of 107 Header Page of 107 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Ảnh chụp cắt ngang màng mỏng đa lớp Si/SiO2/Cu/IrMn/CoFeB/Ta/Cu/Au .2 Hình 1.2: Cấu trúc đơmen vật liệu sắt từ Hình 1.3: Đường cong từ trễ chất sắt từ Hình 1.4: Cấu trúc từ vật liệu phản sắt từ gồm phân mạng đối song Hình 1.5: Đường cong từ trễ CoO phủ hạt Co 77 K sau ủ trường hợp khơng có từ trường đặt vào (1) từ trường bão hịa (2) 10 Hình 1.6: Cơ chế trao đổi dịch màng hai lớp FM/AFM 11 Hình 1.7: Biểu đồ góc tham gia vào hệ trao đổi dịch 13 Hình 1.8: Sự phụ thuộc trường trao đổi dịch Hex lực kháng từ Hc vào độ dày lớp FM cho hệ Fe80Ni20/FeMn tAFM = 50 nm 14 Hình 1.9: Sự phụ thuộc trao đổi dịch Hex lực kháng từ Hc vào độ dày lớp AFM cho hệ Fe80Ni20/FeMn tFM = nm 15 Hình 1.10: Mơ hình hiệu ứng từ điện trở khổng lồ cấu trúc spin van 16 Hình 1.11: Mặt cắt ngang màng đa lớp spin van với liên kết phản sắt từ 17 Hình 2.1: Nguyên lý trình phún xạ 19 Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý hệ phún xạ catot chiều 21 Hình 2.3 : Sơ đồ nguyên lý hệ phún xạ catốt xoay chiều 22 Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý hệ thống phún xạ magnetron 23 Hình 2.5 : Hệ phún xạ magnetron sử dụng nguồn chiều nguồn xoay chiều khoa Vật lý Kĩ thuật Công nghệ Nano – Trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội 24 Hình 2.6: (a) Kính hiển vi điện tử quét; (b) Sơ đồ khối kính hiển vi điện tử quét 25 Hình 2.7: (a) Máy đo từ kế mẫu rung ( VSM); (b) Mơ hình từ kế mẫu rung 26 Footer Page of 107 Header Page of 107 Hình 2.8: Sơ đồ cấu trúc khí hệ VSM 27 Hình 2.9: Hiện tượng nhiễu xạ tinh thể 30 Hình 2.10: (a) Hệ đo nhiễu xạ tia X (XRD);(b) Mơ hình hệ đo nhiễu xạ tia X 31 Hình 3.1: Ảnh SEM màng NiFe 32 Hình 3.2: Hình ảnh nhiễu xạ tia X màng NiFe 33 Hình 3.3: Đường cong từ trễ màng NiFe với từ trường đặt vào song song với bề mặt màng 34 Hình 3.4: Hình ảnh VSM hệ NiFe/IrMn với tNiFe = nm, nm nm 35 Hình 3.5: Sự phụ thuộc Hex vào chiều dày lớp NiFe màng NiFe/IrMn 37 Hình 3.6: Sự phụ thuộc Hc vào chiều dày lớp NiFe hệ NiFe/IrMn 37 Hình 3.7: Nhiễu xạ tia X lớp NiFe/IrMn 38 Hình 3.8: Cấu trúc hệ vật liệu NiFe/Cu/NiFe/IrMn 39 Hình 3.9: Đường cong từ trễ cấu trúc spin van NiFe (5 nm)/Cu (3 nm)/NiFe (tNiFe nm)/IrMn (10 nm) với (a) tNiFe = nm, nm, nm (b) tNiFe = nm, 12 nm… 40 Hình 3.10: Ảnh hưởng lớp NiFe lên mômen từ hệ NiFe/Cu/NiFe/IrMn chiều dày lớp NiFe thay đổi 41 Hình 3.11 : Đồ thị phụ thuộc Hex vào chiều dày lớp NiFe 42 Hình 3.12 : Sự phụ thuộc Hc vào chiều dày lớp NiFe hệ NiFe (5 nm)/Cu (3 nm)/NiF (tNiFe nm)/IrMn (10 nm) 43 Hình 3.13: Ảnh hưởng lớp phản sắt từ lên tính chất từ hệ có cấu trúc spin van Ta (5 nm)/NiFe (5 nm)/Cu (3 nm)/NiFe (9 nm)/IrMn (tIrMn nm)/Ta (5 nm) 44 Hình 3.14: Sự phụ thuộc lực kháng từ Hc từ trường trao đổi dịch Hex vào chiều dày lớp IrMn hệ Ta (5 nm)/NiFe (5 nm)/Cu (3 nm)/NiFe (9 nm)/IrMn (tIrMn nm)/Ta (5 nm) 45 Footer Page of 107 Header Page of 107 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT Footer Page of 107 Kí hiệu Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt AFM Antiferromagnetic material Vật liệu phản sắt từ FM Ferromagnetic material Vật liệu sắt từ GMR Giant Magnetoresistive effect Hiệu ứng từ trở khổng lồ NM Non – magnetic material Vật liệu phi từ SEM Scanning Electron Microscopy Hiển vi điện tử quét VSM Vibrating Sample Magnetometer Từ kế mẫu rung XRD X – ray diffraction Nhiễu xạ tia X Header Page of 107 MỞ ĐẦU Trong thời đại khoa học kỹ thuật đại, máy móc thiết bị có xu hướng thu nhỏ kích thước tính chất khả hoạt động không bị hạn chế nhờ việc sử dụng tính ưu việt, đặc biệt dạng màng mỏng Lịch sử phát triển màng mỏng có lâu đời người ta biết sử dụng vào mục đích dân dụng trang trí Sang đầu kỉ XX, màng mỏng bắt đầu quan tâm nhờ tính chất đặc biệt kích thước nhỏ bé để chế tạo thiết bị máy móc Khơng có màng bán dẫn quan tâm đặc biệt, mà màng mỏng từ tính quan tâm Trong năm cuối kỉ XX, màng mỏng từ tính trở thành mục tiêu nghiên cứu nhiều phịng thí nghiệm giới, đặc biệt màng mỏng đa lớp có cấu trúc spin van…với nhiều ứng dụng khác tương lai Một ứng dụng điển hình chế tạo thiết bị ghi từ lưu trữ thông tin Ở Việt Nam vào năm cuối thập niên 90 kỷ XX, màng mỏng trở thành lĩnh vực quan tâm ý Với nhiều trung tâm nghiên cứu, nhiều thiết bị máy móc đại phục vụ cho việc nghiên cứu màng mỏng trang bị thu kết đáng kể, đặc biệt màng mỏng đa lớp có cấu trúc spin van Trên sở điều nói trên, luận văn chọn đối tượng nghiên cứu màng mỏng đa lớp có cấu trúc spin – van Ta/NiFe/Cu/NiFe/IrMn/Ta chế tạo phương pháp phún xạ catốt Luận văn em gồm phần chính: Chương 1: Tổng quan màng mỏng từ tính Chương 2: Các phương pháp thực nghiệm Chương 3: Kết thảo luận Footer Page of 107 Header Page 10 of 107 Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ MÀNG MỎNG TỪ TÍNH 1.1 Màng mỏng Màng mỏng (thin film) hay nhiều lớp vật liệu chế tạo cho chiều dày nhỏ nhiều so với chiều lại (chiều rộng chiều dài) Chiều dày màng mỏng thay đổi từ vài nm đến vài μm thơng thường nhỏ 1μm Có hai loại màng mỏng: Màng đơn lớp: cấu tạo lớp vật liệu mỏng chế tạo đế Tính chất màng tạo từ lớp vật liệu (và ảnh hưởng tác động lớp đế) Màng đa lớp: màng mỏng cấu tạo từ nhiều lớp vật liệu khác nhau, xếp chồng lên nhau, tạo nhằm thay đổi tính chất màng mỏng Hình 1.1 cho ta thấy ảnh chụp cắt ngang màng mỏng đa lớp Hình 1.1: Ảnh chụp cắt ngang màng mỏng đa lớp Si/SiO2/Cu/IrMn/CoFeB/Ta/Cu/Au Footer Page 10 of 107 Header Page 44 of 107 Nguyên nhân dịch chuyển nhiệt độ hệ nhiệt độ Neel (TN) có mặt từ trường H, spin lớp NiFe xếp song song theo hướng từ trường, spin lớp IrMn xếp phản song song Do xuất tương tác trao đổi FM AFM bề mặt nên lớp bề mặt IrMn phải xếp theo hướng spin lớp NiFe Vì lớp bề mặt IrMn xếp phản song song nên đóng vai trị ghim giữ spin bề mặt NiFe Điều đẫn đến, ngồi việc lớp FM có dị hướng đơn trục tinh thể, cịn chịu tác dụng dị hướng đơn hướng (hay gọi dị hướng trao đổi) lớp AFM liền kề Dị hướng đóng vai trị từ trường thêm vào từ trường ngồi, dẫn đến có từ trường hiệu dụng sau đây: H H ex H exterial (3.1) Ngồi ra, ta thấy, chưa có lớp phản sắt từ IrMn, lực kháng từ màng NiFe có giá trị thấp (Hc = 5,1 Oe) Tuy nhiên, có thêm lớp IrMn, lực kháng từ hệ tăng lên Khi chiều dày lớp NiFe tăng từ nm, nm đến nm, lực kháng từ Hc giảm tương ứng từ 50 Oe, 30 Oe đến 18 Oe từ trường trao đổi dịch Hex giảm từ 55 Oe, 31 Oe đến 22 Oe Điều cho thấy chiều dày lớp NiFe gây ảnh hưởng đến tính chất từ đơn lớp 3.2.1.2 Sự phụ thuộc Hex vào chiều dày lớp NiFe Hình 3.5 đồ thị phụ thuộc từ trường trao đổi dịch vào chiều dày lớp NiFe Khi chiều dày lớp NiFe tăng từ nm, nm đến nm từ trường trao đổi dịch giảm dần Điều hoàn tồn phù hợp với tính tốn lý thuyết trước đó: 36 Footer Page 44 of 107 Header Page 45 of 107 60 55 Hex (Oe) 50 45 40 35 30 25 20 ChiÒu dÇy líp NiFe (nm) Hình 3.5: Sự phụ thuộc Hex vào chiều dày lớp NiFe màng NiFe/IrMn 3.2.1.3 Sự phụ thuộc lực kháng từ Hc vào chiều dày lớp NiFe 55 50 HC (Oe) 45 40 35 30 25 20 15 ChiỊu dÇy líp NiFe (nm) Hình 3.6: Sự phụ thuộc Hc vào chiều dày lớp NiFe hệ NiFe/IrMn 37 Footer Page 45 of 107 Header Page 46 of 107 Cũng tương tự Hex, tăng chiều dày lớp NiFe lên, tương tác trao đổi lớp FM AFM giảm Do đó, lực kháng từ Hc giảm dần theo tăng lên lớp NiFe (hình 3.6) Nguyên nhân giảm bề mặt lớp NiFe IrMn xuất tương tác trao đổi NiFe biết đến vật liệu từ mềm, có nghĩa lực kháng từ thấp Khi tăng chiều dày lên, điều giống tính từ mềm tăng lên ngày chiếm ưu tương tác trao đổi lớp FM AFM Vì lực kháng từ hệ giảm 3.2.2 Kết đo XRD Dựa vào hình ảnh XRD hai lớp NiFe/IrMn, thấy NiFe IrMn có định hướng (111) Có đỉnh góc 2θ = 44o 2θ = 42o tương ứng với hai pha NiFe (111) IrMn (111) 70 Si IrMn (111) Cƣờng độ (đ v t y) Intensity (Counts) 60 50 40 NiFe (111) 30 20 10 20 25 30 35 40 45 50 55 O (o) ( ) Theta Hình 3.7: Nhiễu xạ tia X lớp NiFe/IrMn 38 Footer Page 46 of 107 60 Header Page 47 of 107 Dựa vào kết nghiên cứu công bố, việc tạo IrMn (111) cho tương tác trao đổi bề mặt ổn định Từ cho ta hiệu ứng trao đổi dịch tốt 3.3 Hệ vật liệu NiFe/Cu/NiFe/IrMn Để tạo hệ có cấu trúc spin van, hai hệ vật liệu Ta (5 nm)/NiFe (5 nm)/Cu (3 nm)/NiFe (tNiFe nm)/IrMn (10 nm)/Ta (5 nm) Ta (5 nm)/NiFe (5 nm)/Cu (3 nm)/NiFe (9 nm)/IrMn (tIrMn nm)/Ta (5 nm) chế tạo với tNiFe = nm, nm, nm, nm tIrMn = nm, 10 nm, 15 nm (hình 3.8) Trong cấu trúc này, có mặt lớp Ta hệ giúp bảo vệ khỏi oxi hóa Lớp NiFe lớp tự lớp NiFe thứ hai gọi lớp bị ghim Do đó, mẫu cần lớp Ta hai mặt để bảo vệ Lớp Cu chế tạo để tạo nên bắt cặp spin hai lớp NiFe có từ trường đặt vào Trường hợp khơng có lớp tự khơng tạo cấu trúc spin van từ trường trao đổi dịch đạt giá trị thấp xung quanh giá trị 50 Oe; giống kết báo cáo phần trước Hình 3.8: Cấu trúc hệ vật liệu NiFe/Cu/NiFe/IrMn Ở đây, IrMn dùng với vai trò lớp phản sắt từ cấu trúc spin – van Lớp NiFe/IrMn lớp trao đổi dịch coi van cấu trúc spin – van 3.3.1 Kết đo từ kế mẫu rung (VSM) 39 Footer Page 47 of 107 Header Page 48 of 107 Như đề cập phần trước, không giống đường cong từ trễ màng đơn lớp (có tính đối xứng), đường cong từ trễ cấu trúc spin – van khơng có tính đối xứng Hơn nữa, thơng số rút từ đường cong từ trễ có đặc điểm khơng giống với đường cong từ trễ đối xứng 0.0006 nm nm nm M« men tõ (emu) 0.0003 (a) 0.0000 -0.0003 -0.0006 -1000 -500 500 1000 Tõ tr-êng H (Oe) M« men tõ (emu) 0.0008 nm 12 nm 0.0004 (b) 0.0000 -0.0004 -0.0008 -1000 -500 500 1000 Tõ tr-êng H (Oe) Hình 3.9: Đường cong từ trễ cấu trúc spin van NiFe (5 nm)/Cu (3 nm)/NiFe (tNiFe nm)/IrMn (10 nm) với (a) tNiFe = nm, nm, nm (b) tNiFe = nm, 12 nm 40 Footer Page 48 of 107 Header Page 49 of 107 Đường cong từ trễ hệ với chiều dày lớp NiFe tăng biểu diễn hình 3.9 Có thể thấy rằng, đường cong từ trễ hệ có cấu trúc spin van bị dịch chuyển Sự dịch chuyển tương tác trao đổi lớp NiFe IrMn Tương tác dẫn đến hiệu ứng trao đổi dịch nói Khi chiều dày lớp ghim tăng từ nm đến 12 nm, đường cong trở nên rõ nét rời rạc Hình vẽ cho ta thấy, từ trường trao đổi giảm từ 360 Oe đến 65 Oe lực kháng từ giảm từ 200 Oe đến 60 Oe Ở có kết thú vị Khi chiều dày lớp NiFe tăng tới giá trị t = 12 nm (hình 3.9 b), cấu trúc spin van hồn tồn Ngun nhân tượng thú vị hệ tương tác bề mặt lớp NiFe dày lớp phản sắt từ IrMn 3.3.2 Ảnh hưởng lớp ghim lên tính chất từ 3.3.2.1 Ảnh hưởng lớp NiFe lên mômen từ hệ 0.85 M« men tõ (memu) 0.80 0.75 0.70 0.65 0.60 0.55 0.50 0.45 10 12 §é dÇy líp NiFe (nm) Hình 3.10: Ảnh hưởng lớp NiFe lên mômen từ hệ NiFe/Cu/NiFe/IrMn chiều dày lớp NiFe thay đổi 41 Footer Page 49 of 107 Header Page 50 of 107 Khi chiều dày lớp sắt từ tăng từ nm đến 12 nm, tính sắt từ mẫu tăng lên Điều dẫn đến mômen lớp sắt từ ngày tăng (hình 3.10) 3.3.2.2 Sự phụ thuộc Hex vào chiều dày lớp NiFe Như chứng minh phần trước, với hệ NiFe/IrMn, từ trường trao đổi dịch tỉ lệ nghịch với chiều dày lớp sắt từ Quan sát hình 3.11 qua kết đưa ra, quy luật với hệ có cấu trúc spin van NiFe/Cu/NiFe/IrMn Một lần khẳng định, Hex phụ thuộc vào tFM, tFM tăng Hex giảm 400 350 HEx (Oe) 300 250 200 150 100 50 10 11 12 13 Độ dầy lớp NiFe (nm) Hỡnh 3.11 : Đồ thị phụ thuộc Hex vào chiều dày lớp NiFe 3.3.2.3 Sự phụ thuộc Hc vào chiều dày lớp NiFe 42 Footer Page 50 of 107 Header Page 51 of 107 Ảnh hưởng chiều dày lớp NiFe (tNiFe) lên lực kháng từ Hc thể hình 3.12 Kết cho thấy, chiều dày lớp NiFe tăng từ nm đến nm độ lớn Hex giảm khơng đáng kể Trong đó, chiều dày lớp NiFe tăng từ nm đến 12 nm lực kháng từ giảm nhanh (từ khoảng 190 Oe xuống khoảng 45 Oe) Nguyên nhân xảy tượng chiều dày lớp NiFe tăng lên tính từ mềm lớp ghim chiếm ưu so với tương tác bề mặt NiFe/IrMn, lực kháng từ giảm 220 Lùc kh¸ng tõ HC (Oe) 200 180 160 140 120 100 80 60 40 10 Độ dầy lớp NiFe (nm) 11 12 13 Hình 3.12 : Sự phụ thuộc Hc vào chiều dày lớp NiFe hệ NiFe (5 nm)/Cu (3 nm)/NiFe (tNiFe nm)/IrMn (10 nm) 3.3.3 Ảnh hưởng lớp phản sắt từ lên tính chất từ Sự phụ thuộc Hex Hc vào chiều dày lớp phản sắt từ IrMn khảo sát quan trọng hệ có cấu trúc spin van Để nghiên cứu phụ thuộc này, màng đa lớp Ta (5 nm)/NiFe (5 nm)/Cu (3 nm)/NiFe (9 nm)/IrMn (tIrMn nm)/Ta 43 Footer Page 51 of 107 Header Page 52 of 107 (5 nm) chế tạo với tIrMn = nm, 10 nm 15 nm Mẫu sau chế tạo tiến hành đo VSM (hình 3.13) 1.0 nm 10 nm 15 nm M/MS 0.5 0.0 -0.5 -1.0 -750 -500 -250 250 500 750 Magnetic field H (Oe) Từ trƣờng H (Oe) Hình 3.13: Ảnh hưởng lớp phản sắt từ lên tính chất từ hệ có cấu trúc spin van Ta (5 nm)/NiFe (5 nm)/Cu (3 nm)/NiFe (9 nm)/IrMn (tIrMn nm)/Ta (5 nm) Hình 3.14 cho ta thấy từ trường trao đổi dịch Hex gần khơng thay đổi (có giá trị khoảng 200 Oe) chiều dày lớp IrMn thay đổi từ nm đến 15 nm 44 Footer Page 52 of 107 Header Page 53 of 107 HC, Hex (Oe) 200 180 HC Hex 160 140 120 10 12 14 16 18 20 tIrMn (nm) Hình 3.14: Sự phụ thuộc lực kháng từ Hc từ trường trao đổi dịch Hex vào chiều dày lớp IrMn hệ Ta (5 nm)/NiFe (5 nm)/Cu (3 nm)/NiFe (9 nm)/IrMn (tIrMn nm)/Ta (5 nm) Sự phụ thuộc từ trường trao đổi dịch Hex và lực kháng từ Hc vào chiều dày lớp phản sắt từ nhóm tác giả J Nogue’s Ivan K Schuller nghiên cứu công bố Kết rằng: chiều dày lớp phản sắt từ nm, từ trường trao đổi dịch mẫu gần Điều chứng tỏ hiệu ứng trao đổi dịch gần biến hồn tồn giá trị nói Tuy nhiên, từ nm trở lên, hiệu ứng trao đổi dịch trở nên mạnh mẽ, dẫn đến Hex tăng cách đột ngột Khi chiều dày lớp AFM nm, Hex bắt đầu ổn định gần không thay đổi chiều dày lớp phản sắt từ thay đổi 45 Footer Page 53 of 107 Header Page 54 of 107 Điều giải thích, chiều dày lớp IrMn tăng, mơmen từ lớp sắt từ NiFe bị ghim ngày nhiều tất mômen từ lớp bị ghim lại lớp IrMn có chiều dày nm trở lên Đây nguyên nhân làm cho từ trường trao đổi dịch gần không thay đổi Ngồi ra, ta nhận thấy rằng, chiều dày lớp IrMn tăng từ 10 nm đến 15 nm lực kháng từ mẫu giảm dần từ 160 Oe đến 114 Oe 46 Footer Page 54 of 107 Header Page 55 of 107 KẾT LUẬN Sau hoàn thành luận văn, em rút kết luận sau: Đã chế tạo thành công màng mỏng từ tính NiFe, NiFe/IrMn màng mỏng có cấu trúc spin van NiFe/Cu/NiFe/IrMn NiFe vật liệu từ mềm với Hc = 5,1 Oe IrMn (111) cho số tương tác trao đổi bề mặt ổn định Màng mỏng lớp NiFe/IrMn có hiệu ứng trao đổi dịch Hex, Hc phụ thuộc vào chiều dày lớp NiFe Tính chất từ cấu trúc spin van NiFe/Cu/NiFe/IrMn phụ thuộc vào lớp NiFe lớp IrMn 47 Footer Page 55 of 107 Header Page 56 of 107 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nguyễn Hữu Đức , (2003), Vật liệu từ liên kim loại, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội Nguyễn Phú Thùy , (2003), Vật lý tượng từ, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội Vũ Thị Huyền Trang, (2011), Nghiên cứu chế tạo dây Coban có kích thước nano phương pháp điện hóa, Khóa luận tốt nghiệp Đại học khoa Vật lý, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội Vũ Thị Thanh, (2014), Ảnh hưởng từ trường trình lắng đọng lên tính chất dây nano, Luận văn Thạc sĩ khoa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội Tiếng Anh A Aharoni, E.H Frei, S Shtrikman, (1956), ―Theoretical Approach to the Asymmetrical Magnetization Curve‖, Journal of Applied Physics, Vol 30 (12), pp 1956-1961 A.J Devasahayam, P.J Slides and M.H Kryder, (1998), ―Magnetic temperature and corrosion properties of the NiFe/IrMr exchange couple‖, J Appl Phys, 83, p 7216 A Layadi, J.W Lee, J.O Artman, (1988), ―FMR and TEM studies of annealed and magnetically annealed thin bilayer films‖, J Appl, Phys, 63, p.3808 C.P Bean, (1960), in: C.A Neugebauer, J.B Newkirk, D.A Vermilyea (Eds), Structure and properties of Thin Films, Wiley, New York, p 331 D Mauri, H.C Siegmann, P.S Bagus, E Kay, (1987), ―Simple model for thin ferromagnetic films exchange coupled to an antiferromagnetic substrate‖, J Appl Phys, 62, p 3047 48 Footer Page 56 of 107 Header Page 57 of 107 10 G Anderson, Y Huai, L Miloslawsky, (2000), ―CoFe/IrMn exchange biased top, bottom, and dual spin valve‖, Journal of Applied Physics, p 69896991 11 I.S Jacob, in: G.T Rado, H Suhl(Eds), (1963), Magnetism, Academic Press, New York, p.271 12 J Adrian Devasahayam and H Mark Kryder, (1999),―Biasing Materials For Spin-Valve Read Heads‖, IEEE transaction on magnetics, vol.35(2), pp 178 – 190 13 J Nogués, J Sort, V Langlais, V Skumryev, S Suriđach, J.S Moz, M.D Baró, (2005), ―Exchange bias in nanostructures‖, J Appl, Phys, 61, p.4255 14 J Nogues´, K.I Schuller, (1998), ―Exchange bias‖, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 192 , p.203—232 15 L Jian-Ping, Q Zheng-Hong, S Yu-Cheng, BAI Ru, L Jian-Lin, Z Jian-Guo, (2014), ―Effect of Magnetic Annealing on IrMn Based Spin Valve Materials with SAF Structure‖, Journal of Inorganic Materials, Vol 29(4), pp 411-416 16 M.N Baibich, J.M Broto, A Fert, F nguyen Van Dau, F Petroff, P Etienne, G Creuzet, A Friederich and J Chazelas, (1989), ―Giant Magnetoresistance of (001)Fe/(001)Cr Magnetic superlattices‖, Phys Rev Lett, Vol 61, pp 2472-2475 17 M.T Johnson, P.J.H Bloemen, F.J.A Broeder and J.J de Vries, (1996), ―Magnetic anisotropy in metallic multilayers‖, Rep Prog Phys, 59, p.1409 18 N.G Chechenin, P.N Chernykh, S.A Dushenko, I.O Dzhun, A.Y Goikhman, V.V Rodionova, (2014), ―Asymmetry of Magnetization Reversal of Pinned Layer in NiFe/Cu/NiFe/IrMn Spin-Valve Structure, Journal of Superconductivity and Novel Magnetism‖, Phys Rev Lett, Volume 27(6), 19 P.S Anil Kumar and J.C Lodder, (2000), ―The spin valve transitor‖, J D Phys.: Appl Phys, 33, pp 2911–2920 49 Footer Page 57 of 107 Header Page 58 of 107 20 S.J Bludell, J.A.C Bland, (1992), ―Polarized Neutron Reflection as a Probe of Magnetic Films and Multilayers‖, Phys Rev, p 3391 21 V.K Sankaranarayanan, S.M Yoon, C.G Kim, C.O Kim, (2005), ―Exchange bias variation of the seed and top NiFe layers in NiFe/FeMn/NiFe trilayer as a function of seed layer thickness‖, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 286, pp 196–199 50 Footer Page 58 of 107