垂直磁各向异性多层膜的微加工及电流导致的磁化反转

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本文利用磁控溅射的方法制备了垂直易磁化的Co/Pt多层膜。以垂直磁各向异性的Co/Pt多层膜为材料,研究了异常Hall效应和电流导致的磁化反转。 光刻技术是利用光学复制的方法把超小图样刻印到薄片上来制作复杂电路的技术。本文系统地介绍了光刻技术的制造工艺,再现了从运用图形发生器制造掩模版,到光刻机、光刻胶、曝光、显影过程,最后到离子束刻蚀这一系列工业步骤。我们运用光刻技术,将垂直磁各向异性Co/Pt多层膜样品制作成小尺寸结构,对其进行了电输运性质的研究,主要对其中的异常Hall效应进行了测量和分析。一般材料的正常Hall效应正比于外磁场,而铁磁金属系统中还存在异常Hall效应,其Hall电阻率正比于磁矩,比正常Hall效应大4~5个数量级。垂直磁各向异性多层膜具有较大的Hall电阻率、较低的饱和场与明显的翻转过程、Hall效应曲线呈矩形等特点。 同时我们利用异常Hall效应探测到由膜面内电流导致的垂直易磁化Pt/Co/Pt膜的磁化反转现象。在固定外磁场的情况下,随着面内电流密度的增大,垂直磁各向异性的Co/Pt多层膜的异常Hall电阻将会有从正值到负值的明显变化。由电流导致的磁化反转的临界电流密度在104 A/cm2,远远小于文献中报道的自旋转移矩效应中磁化反转需要的电流密度。并且发现随着磁场的增大,磁化反转的临界电流密度不断减小。随着电流密度的增加,磁化反转的临界磁场会变小,这和随温度上升,反转场变小类似。因此,我们观测到的磁化反转现象可能与电流导致的样品温度升高有关。由于电流的作用,样品的温度升高,热效应导致了样品磁结构的不稳定,畴壁位移更容易发生。从物理本质上,不同于来源于自旋转移矩效应的电流驱动的磁化反转。可以估计,在设定温度为5 K时,4.8×104A/cm2的电流密度通过薄膜,样品的温度升高了约3.5 K。可见,在电流驱动的磁化反转这类实验中,电流导致的样品温度升高是值得注意的。
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