Document
Study of magnetic domains and magnetization reversal in materials with perpendicular anisotropy
Publisher
Sultan Qaboos University
Gregorian
2015
Language
English
Subject
English abstract
For information storage memory application, there is a continuous development of materials for low power, good thermal stability and scalability without degradation of the device performance. In this study, CoFeB alloys and (Co/Pd) multilayers have been investigated using magnetometry measurements and magnetic force microscopy. For the deposited samples, a strong dependence of the magnetization orientation on CoFeB thickness was observed. An improvement of the anisotropy energy of CoFeB is possible by increasing the interface effect through adding a very thin Ta layer. Magnetization reversal has been study for annealing temperatures of 200 °C and 240 °C. For (Co/Pd)xn multilayers, it was observed that the magnetization reversal mechanism and magnetic domains size dependent on the number of repeats N. Magnetic domain patterns evolution with magnetic field will also be discussed. From Magnetic domains simulation using Landau-lifshitz-Gilbert formalism an approximate evaluation of (Co/Pd)x8 magnetic properties was obtained
Our results showed that there was a transition from out-of-plane to in-plane as the thickness increased from 1.2nm to 1.6nm. The study showed that Perpendicular Magnetic Anisotropy (PMA) was critical to 1.2nm single layer thickness at 200 °C and 2.6nm total thickness with Ta lamination for both 200 °C and 240 °C. For better PMA, (Co/Pd)xN multilayers was investigated. The study showed that the magnetization reversal mechanism and magnetic domains size are closely dependent on the number of repeats N. Magnetic domain patterns evolution with magnetic field was discussed. Three regions of magnetic domains were clearly distinguished from MFM images. The third region (moderate contrast) could be due to a non-uniformity of Co thickness along the film growth axis. This may cause a difference of the Pd effective thickness and consequently could cause an "antiferromagnetic coupling". As the field increased, the 15 repeats (Co/Pd) were more stable. For (Co/Pd)x8, there was a reduction of down domains area leading to large up domains area as the magnetic field was increased. Micromagnetic simulation was conducted to study magnetic domains for (Co/Pd)x8 multilayers. By compering, the simulated and experimental results, Ms of 600 A/m and Ku of 3x10 J/m2 were obtained.
Member of
Resource URL
Arabic abstract
التطبيق ذاكرة تخزين المعلومات هناك تطوير مستمر للمواد منخفضة الطاقة ومستقرة حراريا وذات ابعاد متناسقة دون تدهور في اداء وفعالية الجهاز. في هذه الدراسة تم البحث في خصائص سبائك (CoFeB) و ( Co / Pd ) متعدد الطبقات باستخدام جهاز مقياس المغناطيسية ومجهر القوى المغناطيسية. للعينات المحضرة السبائك (CoFeB) وجد هنالك اعتماد كبير للاتجاهات المغناطيسية العمودية على سمك العينه. كما لوحظ تحسن في الخصائص وطاقة التباين لهذه السبائك مع ادخال طبقة رقيقة جدا من التالتاليوم (Ta) مما يؤدي الد زيادة الطبقات المتداخلة بالعينه والتي تساهم في تحسين الخصائص العمودية للاتجاهات المغناطيسية. كما تم دراسة آاليات انعكاس الاتجاهات المغناطيسية عند درجات حرارة 200 و 240 °س للاتجاهات المغناطيسية وحجم الحقول المغناطيسية لسبائك ( Co / Pd ) متعدد الطبقات وجد اعتماد كبير على عدد طبقات السبيكة N . كما تم بالبحث مناقشة اعتماد استقرار الحقول المغناطيسية عند تعرضها لمجالات مغناطيسية مختلفة . للحصول على معلومات عن خصائص داخلية وصورة تقريبية للحقول المغناطيسيه ل ( Co/Pd ) متعدد الطبقات تم استخدام برنامج محاكاة تقريبي شكلي يقوم على مبد لانداو ليفشيتز-جيلبرتز. اهم النتائج التي تم الحصول عليها كانت كالتالي: عند زيادة سمك العينه لسبائك (CoFeB) من mm1 .2 الى mm1 . 6 حدث انتقال للاتجاه العمودي المغناطيسي من الاتجاه العمودي للمغناطيسية الى الاتجاه الموازي لها. اثبتت الدراسة أن السمك للسبيكه كان حرجا لظهور الخصائص العمودية للمغناطيسية عند القيمة nm1 .2 عند عدم اضافة طبقات رقية من التالتاليوم وحرجا عند سمك 2. 6nmعند اضافة التالتاليوم عند درجتي الحرارة المستخدمتان. لتحسين الخواص العمودية المغناطيسية تمت دراسة سبائك ذات خصائص أفضل وهي ( Co/ Pd ) متعدد الطبقات. أظهرت هذي السبائك اعتمادا كبيرا على عدد الطبقات N وثباتا للحقول المغناطيسية عند عدد طبقات كبير في حالات تعرضها لمجالات مغناطيسية. كما لوحظ ظهور ثلاث مناطق مختلفة للحقول المغناطيسية في صور مجهر القوى المغناطيسي. المنطقة المتوسطة بين الغزل العلوي والسفلي للالكترونات قد تعود إلى الاقتران المضاد المغناطيسي بين طبقات الكوبالت. عند زيادة المجال المغناطيسي لوحظ انخفاض بالمناطق السفلية للغزل المغناطيسي وبالتالي زيادة بالمناطق العلوية . اخيرا اوضحت نتائج المحاكاة التقريبيه السبائك ( Co / Pd ) بعدد 8 طبقات ثابت تباين بمقدار J/ m 105*3 ومغناطيسية تشبع بمقدار A/ m600.
Category
Theses and Dissertations