Modificações estruturais e magnéticas provocadas por irradiação de Ne+ em filmes de Co, Ni e Co/IrMn que apresentam colapso do eixo duro

Abstract

Recentemente, a observação conjunta dos efeitos do colapso do eixo duro (Hard Axis Collapse, HAC) — picos distintos em variações angulares da remanência e coercividade na região do eixo duro nominal — e de Recoil Curve Overshoot (ultrapassagem da curva de recuo, RCO) — laços de retorno de histerese localizados fora do ciclo principal da curva de histerese — foi relatada para filmes finos ferromagnéticos policristalinos. Além disso, esses efeitos podem ser modificados por técnicas como irradiação iônica e tratamentos térmicos, quando realizados sob a aplicação de um campo magnético. Este trabalho apresenta um estudo dos efeitos da irradiação consecutiva de íons de Ne em monocamadas policristalinas de Co e Ni, para avaliar os limites dos fenômenos de HAC e de RCO frente às irradiações, e do bombardeamento de íons de Ne em bicamadas de Co/IrMn, para examinar a possibilidade de coexistência do Exchange Bias (viés de troca, EB), do HAC e do RCO. Todos os filmes foram crescidos via desbastamento iônico com campo magnético aplicado in situ, para a definição do eixo fácil ferromagnético. As monocamadas foram depositadas com espessuras diferentes e as bicamadas foram crescidas com diferentes condições de deposição. Os bombardeamentos foram realizados em um acelerador linear com um campo magnético aplicado no plano, ao longo dos eixos fácil e duro de magnetização, usando os mesmos parâmetros de irradiação. As análises estruturais foram feitas a partir de simulações do alcance e danos provocados pelos íons e de técnicas experimentais de difração de raios X e retroespalhamento Rutherford. As caracterizações magnéticas foram realizadas a partir de curvas de histerese obtidas utilizando magnetometria vetorial de amostra vibrante. Determinou-se que a irradiação pode extinguir (filmes de Ni), definir (bicamadas) e até alterar a orientação (filmes de Co e Co/IrMn) da anisotropia uniaxial, além de modificar características magnéticas como a remanência e a coercividade com graus diferentes de variação em função da espessura dos filmes. O HAC e o RCO foram observados para todas as amostras — incluindo para uma bicamada que simultaneamente apresentava o EB — sob diferentes condições, com seus aparecimentos e transformações sendo abordados a partir da comparação com estudos baseados em simulações numéricas de sistemas magnéticos.

Recently, the combined observation of hard axis collapse (HAC) — distinct peaks in angular variations of remanence and coercivity in the nominal hard axis region — and recoil curve overshoot (RCO) — hysteresis loops located outside the main cycle of the hysteresis curve — has been reported for polycrystalline ferromagnetic thin films. Furthermore, these effects can be modified by techniques such as ion irradiation and heat treatments, when performed under the application of a magnetic field. This work presents a study of the effects of concecutive irradiation of Ne ions in polycrystalline monolayers of Co and Ni, to evaluate the limits of HAC and RCO phenomena against irradiations, and the bombardment of Ne ions in Co/IrMn bilayers, to examine the possibility of coexistence of Exchange Bias (EB), HAC and RCO. All films were grown via sputtering with an in situ applied magnetic field, in order to define the ferromagnetic easy axis. Monolayers with different thicknesses were deposited and bilayers were grown under different deposition conditions. The bombardments were carried out in a linear accelerator with a magnetic field applied in plane, along the easy and hard magnetization axes, using the same irradiation parameters. The structural analyses were made based on simulations of the range and damage caused by the ions and experimental techniques of X-ray diffraction and Rutherford Backscattering. Magnetic characterizations were performed from hysteresis curves obtained using vibrating sample vector magnetometry. It was determined that irradiation can extinguish (Ni films), define (bilayers) and even alter the orientation (Co and Co/IrMn films) of uniaxial anisotropy, in addition to modifying magnetic characteristics such as remanence and coercivity, with different degrees of variation based on the thickness of the films. HAC and RCO were observed for all samples — including for one of the bilayers that simultaneously presented EB — under different conditions, with their appearances and transformations being addressed from the comparison with studies based on numerical simulations of magnetic systems.