NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÀNG MỎNG ĐA LỚP CÓ CẤU TRÚC SPIN VAN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG 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 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG 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: LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LÊ TUẤN TÚ Hà Nội – Năm 2015 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, cô 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 MỤC LỤC MỞ ĐẦU .11 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MÀNG MỎNG TỪ TÍNH 12 1.1 Màng mỏng 12 1.2 Dị hướng từ .13 1.2.1 Dị hướng hình dạng 13 1.2.2 Dị hướng từ tinh thể 14 1.2.3 Dị hướng ứng suất 14 1.2.4 Dị hướng từ màng mỏng .15 1.3 Các vật liệu sắt từ .16 1.4 Các chất phản sắt từ (AFM) 18 1.4.1 Đặc điểm vật liệu phản sắt từ 18 1.4.2 Lý thuyết trường phân tử lớp phản sắt từ .19 1.5 Giới thiệu tượng trao đổi dịch 20 1.5.1 Nguồn gốc hiệu ứng trao đổi dịch 20 1.5.2 Hiện tượng dịch đường từ trễ hệ FM/AFM 21 1.5.3 Mô hình lý thuyết 23 1.5.4 Sự phụ thuộc vào độ dày từ trường trao đổi dịch .24 1.5.5 Các ứng dụng tượng trao đổi dịch 26 1.6 Giới thiệu hệ có cấu trúc spin van 27 1.7 Mục tiêu luận văn 28 Chương 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 2.1 Chế tạo màng mỏng phương pháp phún xạ .1 2.2.1 Cơ chế phún xạ .1 2.1.2 Các hệ phún xạ .2 2.2 Hiển vi điện tử quét (SEM) 2.3 Từ kế mẫu rung (VSM) 2.4 Phân tích nhiễu xạ tia X 11 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 14 3.1 Màng mỏng NiFe 14 3.1.1 Kết đo hiển vi điện tử quét (SEM) .14 3.1.2 Kết đo nhiễu xạ tia X (XRD) 15 3.1.3 Kết đo từ kế mẫu rung (VSM) 16 3.2 Hệ vật liệu NiFe/IrMn .17 3.2.1 Kết đo tính chất từ 17 3.2.2 Kết đo XRD .20 3.3 Hệ vật liệu NiFe/Cu/NiFe/IrMn 21 3.3.1 Kết đo từ kế mẫu rung (VSM) 21 3.3.2 Ảnh hưởng lớp ghim lên tính chất từ 24 3.3.3 Ảnh hưởng lớp phản sắt từ lên tính chất từ 26 KẾT LUẬN 30 TÀI LIỆU THAM KHẢO 31 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Ảnh chụp cắt ngang màng mỏng đa lớp Si/SiO2/Cu/IrMn/CoFeB/Ta/Cu/Au Hình 1.2: Cấu trúc đômen 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 từ trường đặt vào (1) từ trường bão hòa (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 H ex 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: Mô 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) Mô hình từ kế mẫu rung 26 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) Mô 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 t NiFe = 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 (t NiFe nm)/IrMn (10 nm) với (a) tNiFe = nm, nm, nm (b) t NiFe = 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 H ex 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 (t IrMn nm)/Ta (5 nm) 44 Hình 3.14: Sự phụ thuộc lực kháng từ H c từ trường trao đổi dịch H ex 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 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT 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 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 Hình 3.6: Sự phụ thuộc Hc vào chiều dày lớp NiFe hệ NiFe/IrMn 19 Cũng tương tự Hex, tăng chiều dày lớp NiFe lên, tương tác trao đổi lớp FM AFM giảm Do đó, lực kháng từ H c 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) Si Cường độ (đ v t y) IrMn (111) NiFe (111) (o) Hình 3.7: Nhiễu xạ tia X lớp NiFe/IrMn 20 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 lớp tự không 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) 21 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 tính đối xứng Hơn nữa, thông số rút từ đường cong từ trễ có đặc điểm không giống với đường cong từ trễ đối xứng 22 0.0006 nm nm nm M« men tõ (emu) 0.0003 (a) 0.0000 -0.0003 -0.0006 -1000 -500 500 1000 Tõ tr­êng H (Oe) (b) M« men tõ (emu) 0.0008 nm 12 nm 0.0004 0.0000 -0.0004 -0.0008 -1000 -500 500 1000 Tõ tr­êng 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 23 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 hoàn toàn Nguyên 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 0.80 M« men tõ (memu) 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 24 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 Hình 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 Ảnh hưởng chiều dày lớp NiFe (t NiFe) lên lực kháng từ H c thể hình 3.12 Kết cho thấy, chiều dày lớp NiFe tăng từ nm đến nm 25 độ lớn Hex giảm không 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 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 (5 nm) chế tạo với tIrMn = nm, 10 nm 15 nm Mẫu sau chế tạo tiến hành đo VSM (hình 3.13) 26 1.0 nm 10 nm 15 nm M/M S 0.5 0.0 -0.5 -1.0 -750 -500 -250 250 500 750 Magnetic field H (Oe) Từ trường 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 không thay đổi (có giá trị khoảng 200 Oe) chiều dày lớp IrMn thay đổi từ nm đến 15 nm 27 H C, H ex (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 hoàn toàn 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, H ex bắt đầu ổn định gần không thay đổi chiều dày lớp phản sắt từ thay đổi 28 Điều giải thích, chiều dày lớp IrMn tăng, mômen 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 Ngoài 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 29 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 30 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 31 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 Suriñach, J.S Muñoz, 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 32 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 33 [...]... 90 thế kỷ XX, màng mỏng đã trở thành lĩnh vực rất được quan tâm chú ý Với nhiều trung tâm nghiên cứu, nhiều thiết bị máy móc hiện đại phục vụ cho việc nghiên cứu màng mỏng được trang bị và cũng đã thu được những kết quả đáng kể, đặc biệt là màng mỏng đa lớp có cấu trúc spin van Trên cơ sở những điều nói trên, luận văn này chọn đối tượng nghiên cứu là màng mỏng đa lớp có cấu trúc spin – van Ta/NiFe/Cu/NiFe/IrMn/Ta... Chiều dày của một màng mỏng thay đổi từ vài nm đến một vài μm thông thường là nhỏ hơn 1μm Có hai loại màng mỏng: − Màng đơn lớp: được cấu tạo bởi một lớp vật liệu mỏng chế tạo trên một đế Tính chất của màng được tạo ra từ lớp vật liệu đó (và có thể ảnh hưởng bởi tác động của lớp đế) − Màng đa lớp: là màng mỏng được cấu tạo từ nhiều lớp vật liệu khác nhau, xếp chồng lên nhau, được tạo ra nhằm thay đổi... hai lớp FM (được gọi là lớp “ghim” trong hình) có hướng từ độ “đóng băng” bởi sự liên kết với một lớp AFM [10,15,18,19] 1.7 Mục tiêu của luận văn Để nghiên cứu tính chất từ của cấu trúc spin van, 3 loại màng mỏng sau đây đã được chế tạo: - Màng đơn lớp: Si/SiO2/Ta/NiFe/Ta - Màng 2 lớp: Si/SiO2/Ta/NiFe/IrMn/Ta - Màng đa lớp: Si/ SiO2/Ta/NiFe/Cu/NiFe/IrMn/Ta Trong quá trình chế tạo, một từ trường có độ... thiết bị máy móc Không chỉ có màng bán dẫn được quan tâm đặc biệt, mà màng mỏng từ tính cũng đang rất được quan tâm Trong những năm cuối thế kỉ XX, màng mỏng từ tính đã trở thành mục tiêu nghiên cứu của nhiều phòng thí nghiệm trên thế giới, đặc biệt là màng mỏng đa lớp có cấu trúc spin van với nhiều ứng dụng khác nhau trong tương lai Một trong những ứng dụng điển hình đó là chế tạo thiết bị ghi từ và lưu... việc mômen từ các lớp định hướng tương đối với nhau ra sao (song song, phản song song) có thể cho phép dòng điện tử (dòng spin) được truyền qua hoặc không thể truyền qua, hay nói cách khác, từ độ của các lớp sắt từ hoạt động như một chiếc van đóng mở spin Đây chính là ý tưởng về cấu trúc spin van [11] Mô hình màng mỏng đa lớp với các lớp sắt từ (FM) xen kẽ bởi các lớp mỏng phi từ (NM) tạo ra hiệu ứng... khác đối với hiệu ứng trao đổi dịch đó là chế tạo đầu đọc, ghi máy vi tính dựa trên hiệu ứng từ trở khổng lồ Gần đây, hiện tượng trao đổi dịch còn có thể sử dụng trong các thiết bị nhớ động (MRAM) [12,14] 1.6 Giới thiệu về hệ có cấu trúc spin van Spin van là một linh kiện từ tính có cấu tạo từ một màng đa lớp gồm các lớp sắt từ (F1 và F2) ngăn cách bởi các lớp phi từ (NM) mà ở đó điện trở của hệ thay... sắt từ đầu tiên có từ độ bị ghim bởi lớp phản sắt từ nên có từ độ bị giữ theo một hướng (gọi là lớp ghim), phía dưới lớp ghim là lớp phi từ và dưới cùng là lớp sắt từ với từ độ quay tự do (lớp tự do) AFM FM bị ghim NM FM tự do Hình 1.11: Mặt cắt ngang của màng đa lớp spin van với liên kết phản sắt từ Quan sát hình 1.11 ta có thể thấy sự tương tác của hai lớp FM được ngăn cách bởi một lớp phi từ trung... là cấu trúc đơn giản với sự quay của các lớp FM theo từ trường khá tự do và việc điều khiển tín hiệu trở nên khó khăn Nhóm của Peter Grunberg đã cải tiến mô hình này thành cấu trúc spin van như hiện nay với việc sử dụng một lớp phản sắt từ (AFM) Mặt cắt ngang của cấu trúc gồm 4 lớp chính: bên trên là lớp màng mỏng vật liệu phản sắt từ (hiện nay sử dụng phổ biến là IrMn,…), bên dưới lớp này là lớp. .. tạo từ nhiều lớp vật liệu khác nhau, xếp chồng lên nhau, được tạo ra nhằm thay đổi các tính chất của màng mỏng Hình 1.1 cho ta thấy ảnh chụp cắt ngang của một màng mỏng đa lớp Hình 1.1: Ảnh chụp cắt ngang màng mỏng đa lớp Si/SiO2/Cu/IrMn/CoFeB/Ta/Cu/Au Hiện nay, màng mỏng đang là một lĩnh vực nghiên cứu mạnh mẽ của khoa học và công nghệ vật liệu, vật lý chất rắn…với nhiều khả năng ứng dụng to lớn trong... trong các lớp sắt từ [1] Hình 1.10: Mô hình hiệu ứng từ điện trở khổng lồ trong các cấu trúc spin van Tính chất của cấu trúc spin van dựa trên hiệu ứng từ trở khổng lồ Cơ chế của hiệu ứng được lý giải qua cơ chế “tán xạ phụ thuộc spin của điện tử (hình 1.10) Có thể thấy rằng, trạng thái của hệ (điện trở cao, điện trở thấp) phụ thuộc vào sự định hướng tương đối của mômen từ của các lớp sắt từ Có nghĩa