Exchange bias em filmes policristalinos : estudo da importância dos spins de interface e de volume do antiferromagneto

Abstract

O presente estudo traz uma discussão sobre a modificação dos parâmetros de EB através de tratamentos térmicos em filmes de IrMn/Cu(0,25 nm)/Co e IrMn/Co deposi-tados por sputtering. A temperatura de recozimento foi variada sistematicamente para um campo magnético fixo, suficientemente intenso para a saturação da camada ferromag-nética. A duração dos recozimentos foi variada, assim como a direção de aplicação do campo magnético no plano do filme, para algumas Tann. Um máximo extenso foi obser-vado para o campo de exchange bias no plano HEB em função de Tann em 200°C para o filme de IrMn/Cu(0,25 nm)/Co. Um comportamento similar é observado para a amostra de IrMn/Co, onde o máximo é encontrado próximo de Tann = 180 °C. A caracterização estrutural dos filmes foi feita através de medidas convencionais de difratometria e refletivi-dade de raios-x. Simulações numéricas foram feitas para ajustar os dados das medidas de refletividade e das curvas de magnetização experimentais, tanto para o eixo fácil quanto para o eixo difícil. Parâmetros de anisotropia magnética foram extraídos através destas simulações. Nossos resultados indicam que o decréscimo de HEB para Tann entre 200 °C e 300 ° se deve a uma melhora na cristalinidade do bulk de IrMn e/ou ao crescimento dos grãos, o que diminuiria o número de spins não-compensados, ao invés da criação de defeitos interfaciais e da inter-difusão das camadas de IrMn e Co. Além do trabalho experimental, um modelo para bicamadas antiferromagneto/ ferro-magneto policristalinas com interfaces granulares foi proposto. Diferentes tipos de grãos foram considerados na tentativa de reproduzir um sistema real. Bons resultados qualita-tivos foram obtidos e diversas características do EB reproduzidas. Foi demonstrado que usando parâmetros de anisotropia e acoplamento próximos dos encontrados em sistemas reais, efeitos de treinamento podem ser obtidos independentemente do tipo de anisotropia (uniaxial ou biaxial) dos grãos interfaciais com spins não-compensados.

The present study discusses on modification of the exchange-bias parameters due to magnetic annealing of sputtered IrMn/Cu(0,25 nm)/Co and IrMn/Co films. The anne-aling temperature Tann has been systematically varied for a fixed, sufficiently strong for the ferromagnetic layer saturation, magnetic field. The duration of the annealing has been varied as well as the in-plane direction of the applied field, for some Tann. Broad maximum at ti 200 °C was observed in the in-plane exchange-bias field Heb versus Tann dependencies for the IrMn/Cu(0,25 nm)/Co film. A similar behavior was observed for the sample without Cu, where the maximum was found near Tann = 180 °C. Conventional X-ray diffractometry and small-angle X-ray reflectivity have been Láed for the structural characterization of the films. Numerical simulations have been employed in order to fit the reflectivity scans and the experimental magnetization curves in both easy and hard axis configurations. Magnetic anisotropy parameters were extracted from this simulati-ons. Our results indicate that the decrease of Heb for Tann between 200°C and 300°C is due to improvement in the bulk IrMn crystallinity and/or grain growth, which lessen the number of uncompensated spins, rather than IrMn and Co interdiffusion and defect creation at the interface. Besides the experimental work, a model for polycrystalline antiferromangnet/ ferro-mangnet bilayers with granular interface has been developed. Different types of grains were considered in order to reproduce a real system. Good qualitative results were achi-eved and several EB characteristics were reproduced. It was demonstrated that using realistic anisotropy and coupling parameters in the simulations, athermal training effects can be obtained regardless of the anisotropy type (uniaxial or biaxial) of the interface grains with uncompensated spins.