¤ Ç k Ä M T U ê sV R Ë ù p § à Ã Å [CoFe/Pt/CoFe]/IrMn «U c lT c l; c" e à

(1)

¤ Ç k Ä M T U ê sV R Ë ù p § à Ã Å [CoFe/Pt/CoFe]/IrMn «U c lT c l; c" e à

Ã

Å Ò Þ À W ¥ V ê s Æw ò & ÿ+ s Ç¶ ¥I í Ä ¤V R Ë

L

|ø ¶ B¦

© t @ / < Æ § @ / < Æ" é ¶ l 0 p x$ í èF < Æõ , " é ¶ Å Ò 220-702

T ç ¡) o ^∗ · % · n| ¡£ Ó

© t @ / < Æ § @ / < Æ" é ¶ l 0 p x$ í èF < Æõ , © t @ / < Æ § ( É Ó' Ó ü t o < Æõ , " é ¶ Å Ò 220-702

»` 9 ] 8 ;

© t @ / < Æ § Ò q t" î õ < Æ ½ ¨ è, " é ¶ Å Ò, 220-702 (2005¸ 3 Z 4 17{ 9 ~ Ã Î6 £ §)

[Pt/CoFe]

N

/IrMn 8 £ x~ Ã Ì} _ Ã ºf l s ~ ½ Ó$ í \ @ / # 8 £ x Ã º(N)_ _ > r$ í ` ¦ ½ ¨ % i . : £ ¤ y Ã

ºf l s ~ ½ Ó$ í ` ¦ [CoFe/Pt/CoFe]/IrMn 8 £ x~ Ã Ì} \ " f CoFe 8 £ x õ ì ø Íy © $ í ^ IrMn8 £ x \ _ K

¦& ñ ÷ &# Q e H CoFe 8 £ x s _ © ñ § ¨ 8 ½ + Ë§ 4 s Pt ¿ ºa \ 1 l x H כ ` ¦ ' a¹ 1 Ï % i . Õ ª

1 l x_ Å Òl H @ /| Ä Ì Pt _ ¿ º " é ¶ 8 £ x \ K { © ô Ç . s õ ÐÂ Ò' q $ í F K5 Å q Pt ¿ ºa \ _ > r H ©

ñ § ¨ 8 ½ + Ë§ 4 _ 1 l x & ³ © É r IrMn 8 £ x` ¦ : x K " f Ä » ¸ ) a y © $ í ^ /q $ í ^ /y © $ í ^ _ ½ ¨ ¸& h : £ ¤

$ í

\ ' a > e 6 £ §` ¦ · ú Ã º e % 3 .

PACS numbers: 75.30.Et, 75.70.AK

Keywords: © ñ § ¨ 8 ½ + Ë§ 4 , Ã ºf l s ~ ½ Ó$ í , q $ í F K5 Å q Pt 8 £ x, ì ø Íy © $ í ^ IrMn 8 £ x, [CoFe/Pt/CoFe]/IrMn

8 £ x~ Ã Ì}

I. " e Â ] Ø

q

$ í F K5 Å q8 £ x ç ß Ü ¼ Ð ì r o ) a ¿ º y © $ í ^ 8 £ x s

\

1 l x H © ñ § ¨ 8 ½ + Ë§ 4 (interlayer exchange cou- pling; IEC) É r Ã º¨ î + þ A © l s ~ ½ Ó$ í _ Fe/Cr/Fe ± p× ¼0 A u

½ ¨ ¸ Ã ºf l s ~ ½ Ó$ í _ Co/Ru x 9 Ni/Cu í

8 £ x~ Ã Ì} ½ ¨ ¸\ " f { 9 ì ø Í& h Ü ¼ Ð Ð# t H & ³ © s [1–

3]. e ± 8 £ x ] X 8 £ x_ ¿ ºa 7 £ x ½ + ÉÃ º2 ¤ IEC ß ¼l _ q

Å Òl & h y û Z ' a¹ 1 Ï÷ &% 3 [4]. Z. Y. Liu Õ ªÒ ¨ É r Ã º f

l s ~ ½ Ó$ í [Pt/Co]

₃

/NiO/[Co/Pt]

3

8 £ x~ Ã Ì} ½ ¨ ¸\

"

f NiO ] X 8 £ x ¿ ºa _ < ÊÃ º Ð" f 1 l x H IEC_ : £ ¤$ í ` ¦ µ

1 Ï³ ð % i [4]. s H D h Ðî r z ´+ « > õ Ð" f ] X 8 £ x s 9 ì

ø Íy © $ í ^ NiO ~ Ã Ì} s Ã ºf Ü ¼ Ð ¦& ñ ÷ &# Q e H l

8 £ x~ Ã Ì} \ 1 l x H © ñ § ¨ 8 ½ + Ë§ 4 \ @ /K ½ ¨ô Ç

õ s . s כ É r ] X 8 £ x_ NiO ç ß s y © $ í ^ (FM) 8

£

x_ ` Ø Ôp ï r0 A E

_F

Ð Z } É r U

0

_ f y 0 A © # 4 Z } s

ü < _ q 5 p w 9, Õ ª © ñ § ¨ 8 ½ + Ë É r y © $ í ^ ü < ] X

∗

E-mail: [email protected]

^ _ â > \ " f Û ¼ 2 ; _ > r_ % ò ¾ Ó M :ë H \ NiO ç ß 8

£

x Ü ¼ Ð 1 l x_ ç ß [ O \ _ ô Ç כ Ü ¼ Ð Ð ¤ [4].

: r 7 Hë H \ " f H 6 x s o» ¡ ¤ s Ã ºf ` ¦ [Pt/Co Fe]

_N

/IrMn _ l : £ ¤$ í \ @ / # 8 £ x Ã º (N)_ _ > r$ í ` ¦

¸ % i ¦, glass/Buffer/Co

⁹⁰

Fe

10

(1.0 nm)/Pt(t

P t

)/Co

90

Fe

10

(1.0 nm)/Ir

22

Mn

78

(10 nm) 8 £ x~ Ã Ì} \ q $ í F K 5

Å

q8 £ x Pt ¿ ºa _ < ÊÃ º Ð" f 1 l x H © ñ § ¨ 8 ½ + Ë ´ òõ

\

¦ ½ ¨ % i .

II. ÷ m Ç] M öU ê s0 n É

[Buffer layer: NiO(2 nm)/Pt(0.8 nm) or Pt(10 nm)]/

CoFe (1.0 nm)/Pt(0.8 nm)/CoFe(1.0 nm)/IrMn(10 nm)

8 £ x~ Ã Ì} s 3 × 10

⁻⁶

Torr í ¦ / B N 7 £ x Ã Ì r Û ¼% 7 \

"

f Ä »o l ó ø Í (Corning 7059) 0 A\ © : r \ " f dc/rf Õ

ªW 1à Ô : r Û ¼( ' a AÜ ¼ Ð 7 £ x Ã Ì % i . NiO, Pt, CoFe, IrMn _ 1 l qw n & h ¿ Ü ¼ Ð ì r o ) a 7 £ x Ã ÌÖ ¦ É r y y 0.02, 0.21, 0.22, 0.13 nm/s s . ~ Ã Ì} r « Ñ ³ ð ` ¦ + ' Ð

#

x- ì ø Í Ö ¦ y ¸\ ¦ 10

^◦

s ? / Ð # % 3 É r r] X J

` ¦ ì r$ 3 # ¿ ºa \ ¦ 8 £ ¤& ñ % i . ~ Ã Ì} _ ³ ð } 9 l

-334-

(2)

@ /| Ä Ì 0.2 ∼ 0.3 nm Ð+ 10 % s ? /_ ¸ \ ¦

?

/% 3 . Ê ê \ P % o \ O H r « Ñ_ l s § 4 / B G É r q & ñ

© f . Ë(Hall)- · ú ß ¼l (extraordinary Hall-voltage am- plitude; EHA) _ 8 £ ¤& ñ / B G Ü ¼ ÐÂ Ò' % 3 % 3 Ü ¼ 9, 8 £ ¤& ñ r ü

@Â Ò l © É r ~ Ã Ì} _ Ã ºf ~ ½ Ó ¾ Ó` ¦ & h 6 x % i . l ï r r

«

Ñ[ þ t_ l s § 4 M-H/ B G É r í ¸ ª ç ß [ O è (su- perconducting quantum interference device; SQUID)

§

4 > ü < ³ ð l F g < Æ Kerr´ òõ (surface magneto Kerr effect; SMOKE) Ð S X % i .

III. ÷ m Ç] M ö+ s ÇÊ Ý õ m Í º8 ý

[Buffer layer]/[CoFe(1.0 nm)/Pt(0.8 nm)/CoFe(1.0 nm)]

₅

8 £ x~ Ã Ì} _ x- r] X l (x-ray diffraction; XRD) J

É r Pt (111)_ x ß ¼ ° ú כ` ¦ Ä º[ j % i . & ñ ^ _

Fig. 1. (a) The Hall-voltage curve and (b) SMOKE curve along the out-of-plane easy axis for the glass/Pt(10 nm)/[CoFe(1.0 nm)/Pt(0.8 nm)]

5

multilayers. (c) The magnetic force image at the upper remanent (H = 0 Oe).

Pt(111) x ß ¼ ° ú כ É r CoFe 7 £ x Ù ¼ Ð y è % i .

NiO/Pt 8 £ x ¢ ¸ H Pt 8 £ x Ü ¼ Ð ÷ &# Q e H ! Q( 8 £ x_ 8 ú x ¿ ºa

\

¦ 0 \ " f 10 nm t or ( ` ¦ M :, NiO(111) ¢ ¸ H Pt (111) _ x ß ¼ ° ú כ_ [ jl H _ ° ú É r ß ¼l Ð z ¤ .

Õ

ª ü @_ & ñ x ß ¼ H Ðs t · ú § ¤ . [NiO(3 nm)/Pt(0.8 nm)]` ¦ ! Q( 8 £ x Ü ¼ Ð 6 xÙ þ ¡` ¦ M :, ì ø Íy © $ í ^ NiO\ _ K

CoFe8 £ x_ § ¨ 8 s # QÛ ¼ ´ òõ \ O H s Ä »\ ¦ ¿ º t

Ð Ð ¤ . ' Í P : H 3 nm_ # 3 0 A ? /\ " f · û ª É r NiO 8 £ x \

@

/ # § ¨ 8 s # QÛ ¼§ 4 s _ \ O Ü ¼ 9, ÷ rë ß m ] X

ô Ç Pt 8 £ x Ü ¼ Ð K z ´ : r \ " f ¢ - a y èY > l M :ë H s

. Õ ªo ¦ ¿ º P : H ì ø Íy © $ í ^ NiO ü < y © $ í ^ CoFe 8

£

x s \ " f § ¨ 8 s # QÛ ¼ H Pt \ _ K ¸% i ) a â >

\

" f { 9 # Q± ú Ã º \ O l M :ë H s .

Ð § 4 õ { 9 u ô Ç q & ñ © f . Ë- · ú ß ¼l (EHA) _ / B G

É r SMOKE Ð 8 £ ¤& ñ # q § % i . Ñ ü t f . Ë- · ú õ Kerr ´ òõ ß ¼l H B Ä º { 9 u 9 6 x s » ¡ ¤ s Ã ºf Ü ¼ Ð Ã

ºf l s ~ ½ Ó$ í ` ¦ { ¦ e % 3 . : £ ¤ y , ì ø Íy © $ í ^ IrMn 8

£

x s \ O H r « Ñ\ @ /K z ´ : r \ " f 8 £ ¤& ñ ô Ç EHA/ B G É r §

¨ 8

s # QÛ ¼ ´ òõ \ ¦ ° ú H # Q* ô Ç × æd s 1 l x l s § 4 / B G

` ¦ % 3 ` ¦ Ã º \ O % 3 .

Fig. 1(a) ü < (b) H Ã ºf l s ~ ½ Ó$ í ` ¦ glass/Pt(10 nm)/[CoFe(1.0 nm)/Pt(0.8 nm)]

₅

8 £ x~ Ã Ì} \ @ / # f . Ë-

· ú õ Kerr ´ òõ _ / B G [ þ t` ¦ q §ô Ç כ s . ¿ º / B G É r H

_c

= 115 Oe_ Ð § 4 s _ { 9 u % i ¦, ° ú É r l

&

h : £ ¤$ í _ ° ú כ` ¦ ° ú H כ s ¿ º > h_ É r l s § 4 M- H / B G ` ¦ : x K " f S X ÷ &% 3 . " f, " î S X ¦ 6 x s ô Ç Ã

ºf l s ~ ½ Ó$ í ` ¦ 8 £ x~ Ã Ì} \ @ / # EHA / B G

`

¦ : x K 8 £ ¤& ñ % i ¦, SMOKE M-H / B G Ü ¼ Ð 7 £ x" î % i

. Fig. 1(c) H ï ß À Ó o_ © Â Ò_ ô Ç © I (H = 0 Oe)

Fig. 2. The major extraordinary Hall-voltage ampli-

tude (EHA) curves along the out-of-plane easy axis

for glass/Buffer/[Pt(0.8 nm)/CoFe (1.0 nm)]

N

/IrMn(10

nm) (N = 2, 3, 4, 5).

(3)

\

" f l & ³p â (magnetic force microscope; MFM) ` ¦ :

x K " f ' a¹ 1 Ïô Ç l ½ ¨% i _ _ z ´] j % ò © s .

8 µm × 8 µm_ Å Ò # 3 0 A Ð Ã ºf l s ~ ½ Ó$ í ` ¦ [CoFe(1.0 nm)/Pt(0.8 nm)]

5

8 £ x~ Ã Ì} \ @ / # 8 £ ¤& ñ ô Ç

כ

s . # l " f, © @ /& h V , É r J + þ AI _ Ô ¦ç H{ 9 ô

Ç l ½ ¨% i # 4 [ þ t s s p µ 1 Ï³ ð ) a ì ø Íy © $ í ^ ½ + Ë` ¦ {

H [Pt/Co]

3

/NiO/[Co/Pt]

3

ü < Co/Ru/Co 8 £ x ½ ¨ ¸\ " f

%

3 # Q · û ª É r l ½ ¨% i # 4 ` ¦ Ð# ï r % ò © õ ß ¼> Ø Ô>

z ¤ [4,5].

Fig. 2 H ì ø Í4 ¤ H Pt/CoFe s 8 £ x ½ ¨ ¸_ 8 £ x Ã º (N = 2, 3, 4, 5) \ ¦ Buffer/[Pt(0.8 nm)/CoFe(1.0 nm)]

N

/Ir Mn(10 nm) 8 £ x~ Ã Ì} ½ ¨ ¸\ @ /ô Ç EHA / B G [ þ t s . N

= 2{ 9 M :, Ã ºf l s ~ ½ Ó$ í CoFe/IrMn s 8 £ x ½ ¨ ¸_ §

¨ 8

s # QÛ ¼ [ jl (H

ex

) H 170 Oe \ " f 350 Oe Ü ¼ Ð 7

£

x % i . [CoFe(1.0 nm)/Pt(0.8 nm)]

^N−1

_ { © I

\ @ / # f . Ë- · ú _ ß ¼l H [Pt/CoFe] s 8 £ x ½ ¨ ¸_ 8 £ x Ã

º\ q Y V < Ê` ¦ Fig. 2 \ ¦ : x K · ú Ã º e % 3 . É r 8 £ ¤

\

" f, ì ø Íy © $ í ^ IrMn 8 £ x õ ] X ô Ç [Pt/CoFe] © 0 A_

§ ¨ 8 s # QÛ ¼ [ jl \ @ / # < Ês \ O % 3 . Õ ªX O t ë ß , ' Í

P : [Pt/CoFe] 8 £ x \ l ô Ç H

ex

H [CoFe/IrMn] 8 £ x õ [CoFe/Pt]

N−1

8 £ x s _ © ñ § ¨ 8 ½ + Ë_ o Ð î ß & ñ ô

Ç + þ AI Ð ï ß À Ó o_ ß ¼l ë ß ¦ e 6 £ §` ¦ · ú Ã º e .

¢

¸ô Ç Ã º 8 £ x N = 2ü < 4{ 9 M :, CoFe/IrMn s 8 £ x~ Ã Ì}

\

_ K Ä » ¸ ) a Ã ºf l § ¨ 8 ½ + Ë [ jl H f . Ë Ã º 8 £ x N = 3 õ 5{ 9 M : Ð s ` ß ¼> z ¤ . s כ É r Ã ºf l s

~

½ Ó$ í ´ òõ H 8 £ x Ã º_ o Ð ¸] X 0 p x$ í ` ¦ ] jr ô Ç . : £ ¤ y

, [CoFe(1.0 nm)/Pt(t

^{P t}

)/CoFe(1.0 nm)]/IrMn(10 nm)

Fig. 3. The HIEC strength as a function of Pt thickness (in units of both nm and ML) for glass/Buffer/CoFe(1.0 nm)/Pt(t

P t

)/CoFe(1.0 nm) /IrMn(10 nm). H

IEC

is de- fined by interval value between two exchange biasing fields of minor loops in inset.

8 £ x~ Ã Ì} \ " f Pt ¿ ºa _ < ÊÃ º Ð" f © ñ § ¨ 8 ½ + Ë§ 4 : £ ¤$ í

É

r 7 Hë H_ Fig. 3õ 4\ " f 7 H_ % i .

© ñ § ¨ 8 ½ + Ë§ 4 _ ß ¼l (H

IEC

) 1 l x H & ³ © É r · û ª

É r Pt ç ß _ ´ ú É r ¼ # \ ¿ º y © $ í ^ 8 £ x s \ " f % 3 # Q t

H © ñ § ¨ 8 ½ + Ë_ Ä »{ 9 ô Ç 5 Å q$ í e ` ¦ Fig. 3 \ " f Ð# Å

Ò ¦ e . # l " f, H

IEC

H ¶ ú { 9 ) a Õ ªa Ë >\ " f · ú Ã º e 1 p w s

y Û ¼_ o r Û ¼ / B G _ minor loop\ " f ¿ º § ¨ 8 ½ + Ë§ 4

s _ ° ú כÜ ¼ Ð & ñ % i . 2d ∼ = 0.4 nm (d = 1.96 nm H (111) s _ o ) _ Å Òl \ ¦ Pt ¿ ºa \ " f Å Òl

&

h : £ ¤$ í É r y y Z. Y. Liu Õ ªÒ ¨ õ Bruno Õ ªÒ ¨ \ " f F K 5

Å

q ç ß \ @ / # Ã º¨ î _ ¸4 S qõ ] X ç ß _ í H " f@ /

Ð ì ø Íy © $ í ^ Ð oô Ç Ã ºf _ 1 l x: £ ¤$ í õ ü < Ä »

[4,6]. Õ ª QÙ ¼ Ð Pt ¿ ºa \ _ > r H © ñ § ¨ 8

½ +

Ë_ 1 l x H 1 l x É r ì ø Íy © $ í ^ IrMn 8 £ x` ¦ : x # í H

"

f@ / Ð Ä » ¸ ) a ì ø Íy © $ í ^ ü < ' a > e ¦ Ò q ty ) a .

Õ

ª Q Ã º¨ î + þ A © l s ~ ½ Ó$ í _ â Ä º, s Qô Ç õ H ì ø Í y

© $ í ^ ½ + ËB ^ \ " f % 3 # Q ß ¼l ü < + þ A& h : £ ¤f ç [ þ t õ

Ø Ô . s כ É r Co/Ru/Co 8 £ x~ Ã Ì} \ " f z ´+ « >& h Ü ¼ Ð

è ß | Å Òl t

^Ru

= 1.1 nm _ õ Ð" f [5], ½ + Ë[ j l

t

Ru

\ y è H Ruderman-Kettel-Kasuya-Yoshida (RKKY) - + þ A ½ + Ë [7]\ _ K l l M :ë H s .

Ã

ºf l s ~ ½ Ó$ í ` ¦ · p y Û ¼_ o r Û ¼ / B G \ @ /

#

× æ כ ¹ô Ç o° ú כõ EHA / B G É r 0.4 nm \ " f 1.4 nm t

_ # 3 0 A\ e H Pt_ ¿ ºa ü < 1.0 nm Ð ¦& ñ ÷ &# Q e H CoFe 8 £ x` ¦ í < Êr 6> h_ [CoFe/Pt/CoFe]/IrMn 8 £ x

~ Ã

Ì} ½ ¨ ¸\ ¦ Fig. 4 \ Í Ç x . Fig. 3 ü < ð ø Ít Ð Fig. 4 \ " f í o © I _ l © õ í o © I _ EHA / B G [

þ

t

P t

Fig. 4. The major anomalous Hall-voltage curves along

the out-of-plane easy axis for glass/Buffer/CoFe(1.0

m)/Pt(t

P t

)CoFe(1.0 nm)/IrMn(t

P t

= 0.4, 0.8, and 1.2

nm vs t

P t

= 0.6, 1.0, and 1.4 nm).

(4)

3

/NiO/[Co/Pt]

3

ë ß , H

_IEC

_ ß ¼l H [Pt/Co]

3

/NiO/[Co/Pt]

₃

8 £ x~ Ã Ì}

½

¨ ¸ Ð 2ì r_ 1 & ñ ¸ [4]. H

^IEC

H 0.4 nm ü < 0.8 nm \ ] X H H t

P t

ü < ° ú s 7 £ x 9, @ /| Ä Ì ¿ º " é ¶ 8 £ x s

t

^{P t}

`

¦ ° ú ¦ e . t

^{P t}

= 0.8 nm \ " f t

^{P t}

\ @ / # ° ú כs 2ì r _ 1 t y è # 1.2 nm { 9 M :, H

IEC

° ú כ_ # 3 0 A\ ¦ Å

>

7 £ x % i . t

^{P t}

= 0.6 nm, 1.0 nm, Õ ªo ¦ 1.4 nm{ 9 M

IEC

H _ 0 s . Õ ª QÙ ¼ Ð, s õ H Pt ¿ ºa _ ç ß 8 £ x` ¦ IrMn` ¦ : x K " f Ä » ¸ ) a [CoFe/Pt/CoFe] 8 £ x~ Ã Ì} ½ ¨ ¸ _ r Û ¼% 7 \ @ / # è ß ¦Ä »ô Ç © ñ § ¨ 8 ½ + Ë_ 1

l

x H _ > r$ í { 9 כ Ü ¼ Ð # . s H Ã ºf l s ~ ½ Ó

$ í

_ § ¨ 8 s # QÛ ¼ r Û ¼% 7 _ × æ כ ¹ô Ç : £ ¤f ç × æ _ & ³

IV. + s Ç Â ] Ø

[Pt/CoFe]

N

/IrMn 8 £ x~ Ã Ì} _ l & h : £ ¤$ í \ @ /

#

8 £ x Ã º (N) _ _ > r$ í ` ¦ ½ ¨ % i . ¢ ¸ô Ç Ã ºf l s

\ 1 l x H כ ` ¦ ' a¹ 1 Ï % i . Õ ª 1 l x_ Å Òl H @ /| Ä Ì

¿

[CoFe/Pt/CoFe]/IrMn 8 £ x~ Ã Ì} ½ ¨ ¸ H q $ í F K5 Å q _

Pt ç ß \ : £ ¤Z > ô Ç ' a > e % 3 . Pt 8 £ x ¿ ºa _ < Ê Ã

º Ð" f © ñ § ¨ 8 ½ + Ë§ 4 s 1 l x H ì ø Í6 £ x É r ì ø Íy © $ í ^ IrMn 8 £ x` ¦ : x K " f Ä » ¸÷ & H ì ø Íy © $ í ^ 7 á x À Óü < ' a >

e

6 £ §` ¦ · ú Ã º e % 3 .

P c

p 8 ý ò k >

: r ½ ¨ H ô Ç² D G < ÆÕ ü t < É ª F é ß _ ¸ ½ ¨t " é ¶ õ ] j (õ ]

j ñ KRF-2004-041-D00316)t " é ¶ \ _ K Ã º' ÷ &% 3 _ þ v m

.

Y c

p w Ã U Ø ô

[1] P. Grunberg et al., Phys. Rev. Lett. 57, 2442 (1986).

[2] P. Bruno and Chappert, Phys. Rev. Lett. 67, 1602 (1991).

[3] M. D. Stiles, Phys. Rev. B 48, 7238 (1993).

[4] Z. Y. Liu and S. Adenwalla, Phys. Rev. Lett. 91, 37207 (2003).

[5] D. T. Margulies et al., Appl. Phys. Lett. 80, 91 (2002).

[6] S. S. Lee et al., Phys. stat. sol. (c) 1, 3360 (2004), P.

Bruno, Phys. Rev. B 52, 411 (1995).

[7] S. S. P. Parkin et al., Phys. Rev. Lett. 64, 2304

(1990).

(5)

Oscillatory Interlayer Exchange Coupling in [CoFe/Pt/CoFe]/IrMn Multilayers with Perpendicular Anisotropy

J. G. Choi

Department of Functional Electronic Materials, Graduation, Sangji University, Wonju 220-702

S. S. Lee

^∗

and D. G. Hwang

Department of Functional Electronic Materials, Graduation,

Sangji University and Department of Computer and Electronic Physics, Sangji University, Wonju 220-702

S. W. Kim

Life Science Institute, Sangji University, Wonju 220-702 (Received 17 March 2005)

The effect of the number of bilayer repeats, N, upon the magnetic properties of [Pt/CoFe]

N

/IrMn is studied. An oscillatory interlayer exchange coupling(IEC) has been shown in pinned [CoFe/Pt/

CoFe]/IrMn multilayers with perpendicular anisotropy. The period of oscillation corresponds to about 2 monolayers of Pt. The oscillatory behavior of IEC depends on the nonmagnetic metallic Pt thickness and is thought to be related to the antiferromagnetic ordering induced by the IrMn layer.

PACS numbers: 75.30.Et, 75.70.Ak

Keywords: Interlayer exchange coupling (IEC), Perpendicular anisotropy, Nonmagnetic metallic Pt layer, Antiferromagnetic IrMn layer

∗

E-mail: [email protected]

¤ Ç k Ä M T U ê sV R Ë ù p § à Ã Å [CoFe/Pt/CoFe]/IrMn  «U c lT c l; c" e à



¤ Ç k Ä  M T U ê sV R Ë ù p § à Ã Å [CoFe/Pt/CoFe]/IrMn   «U c lT c l; c" e à

Ã

Å  Ò Þ  À W ¥ V ê s Æw ò & ÿ+ s Ç¶  ¥I í Ä  ¤V R Ë

L

|ø ¶ B¦ 



© t @ / < Æ § @ / < Æ" é ¶ l 0 p x$ í     èF  < Æõ , " é ¶ Å Ò 220-702

T  ç ¡) o  ∗ · % · n| ¡£ Ó



© t @ / < Æ § @ / < Æ" é ¶ l 0 p x$ í     èF  < Æõ ,  © t @ / < Æ § (  É Ó'    Ó ü t o  < Æõ , " é ¶ Å Ò 220-702



»` 9 ] 8 ;



© t @ / < Æ § Ò q t" î õ  < Æ  ½ ¨ è, " é ¶ Å Ò, 220-702 (2005¸  3 Z 4 17{ 9  ~ Ã Î6 £ §)

[Pt/CoFe]

/IrMn 8 £ x~ Ã Ì}  _  Ã ºf   l s ~ ½ Ó$ í \  @ / #  8 £ x Ã º(N)_  _  > r$ í `  ¦   ½ ¨ % i  . : £ ¤ y  Ã

ºf   l s ~ ½ Ó$ í `  ¦   [CoFe/Pt/CoFe]/IrMn 8 £ x~ Ã Ì}  \ " f CoFe 8 £ x õ  ì ø Íy ©  $ í ^  IrMn8 £ x \  _  K

  ¦& ñ ÷ &# Q e    H CoFe 8 £ x  s _   ©  ñ § ¨ 8   ½ + Ë§ 4 s  Pt ¿ ºa \       1 l x   H  כ `  ¦  ' a¹ 1 Ï % i  . Õ ª



 1 l x_  Å Òl   H @ /| Ä Ì Pt _  ¿ º " é ¶  8 £ x \  K { © ô  Ç . s    õ  ÐÂ Ò'  q  $ í F K5 Å q Pt ¿ ºa \  _  > r   H  © 

ñ § ¨ 8   ½ + Ë§ 4 _    1 l x & ³ ©  É r IrMn 8 £ x`  ¦ :  x K " f Ä » ¸  ) a y ©  $ í ^ /q  $ í ^ /y ©  $ í ^ _  ½ ¨ ¸& h   : £ ¤

$ í

\   ' a >  e  6 £ §`  ¦ · ú  Ã º e  % 3  .

PACS numbers: 75.30.Et, 75.70.AK

Keywords:  ©  ñ § ¨ 8   ½ + Ë§ 4 , Ã ºf   l s ~ ½ Ó$ í , q  $ í F K5 Å q Pt 8 £ x, ì ø Íy ©  $ í ^  IrMn 8 £ x, [CoFe/Pt/CoFe]/IrMn

8 £ x~ Ã Ì}  

I. " e Â ] Ø

q

 $ í F K5 Å q8 £ x ç ß   Ü ¼ Ð ì  r o   ) a ¿ º y ©  $ í ^  8 £ x  s 

\

   1 l x   H  ©  ñ § ¨ 8   ½ + Ë§ 4 (interlayer exchange cou- pling; IEC) É r Ã º¨ î + þ A ©   l s ~ ½ Ó$ í _  Fe/Cr/Fe  ± p× ¼0 A u

 ½ ¨ ¸  Ã ºf   l s ~ ½ Ó$ í _  Co/Ru x 9 Ni/Cu  í   

8 £ x~ Ã Ì}   ½ ¨ ¸\ " f { 9 ì ø Í& h Ü ¼ Ð  Ð# t   H  & ³ © s   [1–

3].  e ± 8 £ x  ] X   8 £ x_  ¿ ºa  7 £ x ½ + ÉÃ º2  ¤ IEC ß ¼l _  q

Å Òl & h   y  û Z  ' a¹ 1 Ï÷ &% 3   [4]. Z. Y. Liu Õ ªÒ  ¨ É r Ã º f 

 l s ~ ½ Ó$ í [Pt/Co]

/NiO/[Co/Pt]

8 £ x~ Ã Ì}   ½ ¨ ¸\ 

"

f NiO ] X   8 £ x ¿ ºa _   < ÊÃ º Ð" f   1 l x   H IEC_  : £ ¤$ í `  ¦ µ

1 Ï³ ð % i   [4]. s   H D h Ðî  r z ´+ « >  õ  Ð" f ] X   8 £ x s  9 ì

ø Íy ©  $ í ^   NiO ~ Ã Ì}  s  Ã ºf    Ü ¼ Ð  ¦& ñ ÷ &# Q e    H   l

 8 £ x~ Ã Ì}  \    1 l x   H  ©  ñ § ¨ 8   ½ + Ë§ 4 \  @ /K    ½ ¨ô  Ç

 

õ s  . s  כ  É r ] X   8 £ x_  NiO ç ß   s  y ©  $ í ^  (FM) 8

£

x_  ` Ø Ôp  ï  r0 A E

 Ð  Z  } É r U

_  f  y     0 A  © # 4 Z  } s

ü <  _  q 5 p w  9, Õ ª  ©  ñ § ¨ 8   ½ + Ë É r y ©  $ í ^ ü < ] X 

E-mail: [email protected]

 

^ _   â >   \ " f Û ¼ 2 ; _  > r_  % ò  ¾ Ó M :ë  H \  NiO ç ß   8

£

x Ü ¼ Ð     1 l x_  ç ß [ O \  _ ô  Ç  כ Ü ¼ Ð  Ð  ¤  [4].



: r  7 Hë  H \ " f  H 6 x s    o» ¡ ¤ s  Ã ºf    `  ¦   [Pt/Co Fe]

/IrMn _   l : £ ¤$ í \  @ / #  8 £ x Ã º (N)_  _  > r$ í `  ¦



¸  % i  ¦, glass/Buffer/Co

Fe

(1.0 nm)/Pt(t

)/Co

Fe

(1.0 nm)/Ir

Mn

(10 nm) 8 £ x~ Ã Ì}  \  q  $ í F K 5

Å

q8 £ x Pt ¿ ºa _   < ÊÃ º Ð" f   1 l x   H  ©  ñ § ¨ 8   ½ + Ë ´ òõ 

\

 ¦   ½ ¨ % i  .

II. ÷ m Ç] M öU ê s0 n É

[Buffer layer: NiO(2 nm)/Pt(0.8 nm) or Pt(10 nm)]/

CoFe (1.0 nm)/Pt(0.8 nm)/CoFe(1.0 nm)/IrMn(10 nm)

8 £ x~ Ã Ì}  s  3 × 10

Torr   í ¦  / B N 7 £ x Ã Ì r Û ¼% 7 \ 

"

f Ä »o  l ó ø Í (Corning 7059) 0 A\   ©  : r \ " f dc/rf  Õ

¤ Ç k Ä M T U ê sV R Ë ù p § à Ã Å [CoFe/Pt/CoFe]/IrMn «U c lT c l; c" e à

¤ Ç k Ä M T U ê sV R Ë ù p § à Ã Å [CoFe/Pt/CoFe]/IrMn «U c lT c l; c" e à

Å Ò Þ À W ¥ V ê s Æw ò & ÿ+ s Ç¶ ¥I í Ä ¤V R Ë

|ø ¶ B¦

© t @ / < Æ § @ / < Æ" é ¶ l 0 p x$ í èF < Æõ , " é ¶ Å Ò 220-702

T ç ¡) o ^∗ · % · n| ¡£ Ó

© t @ / < Æ § @ / < Æ" é ¶ l 0 p x$ í èF < Æõ , © t @ / < Æ § ( É Ó' Ó ü t o < Æõ , " é ¶ Å Ò 220-702

© t @ / < Æ § Ò q t" î õ < Æ ½ ¨ è, " é ¶ Å Ò, 220-702 (2005¸ 3 Z 4 17{ 9 ~ Ã Î6 £ §)

/IrMn 8 £ x~ Ã Ì} _ Ã ºf l s ~ ½ Ó$ í \ @ / # 8 £ x Ã º(N)_ _ > r$ í ` ¦ ½ ¨ % i . : £ ¤ y Ã

ºf l s ~ ½ Ó$ í ` ¦ [CoFe/Pt/CoFe]/IrMn 8 £ x~ Ã Ì} \ " f CoFe 8 £ x õ ì ø Íy © $ í ^ IrMn8 £ x \ _ K

¦& ñ ÷ &# Q e H CoFe 8 £ x s _ © ñ § ¨ 8 ½ + Ë§ 4 s Pt ¿ ºa \ 1 l x H כ ` ¦ ' a¹ 1 Ï % i . Õ ª

1 l x_ Å Òl H @ /| Ä Ì Pt _ ¿ º " é ¶ 8 £ x \ K { © ô Ç . s õ ÐÂ Ò' q $ í F K5 Å q Pt ¿ ºa \ _ > r H ©

ñ § ¨ 8 ½ + Ë§ 4 _ 1 l x & ³ © É r IrMn 8 £ x` ¦ : x K " f Ä » ¸ ) a y © $ í ^ /q $ í ^ /y © $ í ^ _ ½ ¨ ¸& h : £ ¤

\ ' a > e 6 £ §` ¦ · ú Ã º e % 3 .

Keywords: © ñ § ¨ 8 ½ + Ë§ 4 , Ã ºf l s ~ ½ Ó$ í , q $ í F K5 Å q Pt 8 £ x, ì ø Íy © $ í ^ IrMn 8 £ x, [CoFe/Pt/CoFe]/IrMn

8 £ x~ Ã Ì}

$ í F K5 Å q8 £ x ç ß Ü ¼ Ð ì r o ) a ¿ º y © $ í ^ 8 £ x s

1 l x H © ñ § ¨ 8 ½ + Ë§ 4 (interlayer exchange cou- pling; IEC) É r Ã º¨ î + þ A © l s ~ ½ Ó$ í _ Fe/Cr/Fe ± p× ¼0 A u

½ ¨ ¸ Ã ºf l s ~ ½ Ó$ í _ Co/Ru x 9 Ni/Cu í

8 £ x~ Ã Ì} ½ ¨ ¸\ " f { 9 ì ø Í& h Ü ¼ Ð Ð# t H & ³ © s [1–

3]. e ± 8 £ x ] X 8 £ x_ ¿ ºa 7 £ x ½ + ÉÃ º2 ¤ IEC ß ¼l _ q

Å Òl & h y û Z ' a¹ 1 Ï÷ &% 3 [4]. Z. Y. Liu Õ ªÒ ¨ É r Ã º f

l s ~ ½ Ó$ í [Pt/Co]

8 £ x~ Ã Ì} ½ ¨ ¸\

f NiO ] X 8 £ x ¿ ºa _ < ÊÃ º Ð" f 1 l x H IEC_ : £ ¤$ í ` ¦ µ

1 Ï³ ð % i [4]. s H D h Ðî r z ´+ « > õ Ð" f ] X 8 £ x s 9 ì

ø Íy © $ í ^ NiO ~ Ã Ì} s Ã ºf Ü ¼ Ð ¦& ñ ÷ &# Q e H l

8 £ x~ Ã Ì} \ 1 l x H © ñ § ¨ 8 ½ + Ë§ 4 \ @ /K ½ ¨ô Ç

õ s . s כ É r ] X 8 £ x_ NiO ç ß s y © $ í ^ (FM) 8

x_ ` Ø Ôp ï r0 A E

Ð Z } É r U

_ f y 0 A © # 4 Z } s

ü < _ q 5 p w 9, Õ ª © ñ § ¨ 8 ½ + Ë É r y © $ í ^ ü < ] X

^ _ â > \ " f Û ¼ 2 ; _ > r_ % ò ¾ Ó M :ë H \ NiO ç ß 8

x Ü ¼ Ð 1 l x_ ç ß [ O \ _ ô Ç כ Ü ¼ Ð Ð ¤ [4].

: r 7 Hë H \ " f H 6 x s o» ¡ ¤ s Ã ºf ` ¦ [Pt/Co Fe]

/IrMn _ l : £ ¤$ í \ @ / # 8 £ x Ã º (N)_ _ > r$ í ` ¦

¸ % i ¦, glass/Buffer/Co

(10 nm) 8 £ x~ Ã Ì} \ q $ í F K 5

q8 £ x Pt ¿ ºa _ < ÊÃ º Ð" f 1 l x H © ñ § ¨ 8 ½ + Ë ´ òõ

¦ ½ ¨ % i .

8 £ x~ Ã Ì} s 3 × 10

Torr í ¦ / B N 7 £ x Ã Ì r Û ¼% 7 \

f Ä »o l ó ø Í (Corning 7059) 0 A\ © : r \ " f dc/rf Õ

ªW 1à Ô : r Û ¼( ' a AÜ ¼ Ð 7 £ x Ã Ì % i . NiO, Pt, CoFe, IrMn _ 1 l qw n & h ¿ Ü ¼ Ð ì r o ) a 7 £ x Ã ÌÖ ¦ É r y y 0.02, 0.21, 0.22, 0.13 nm/s s . ~ Ã Ì} r « Ñ ³ ð ` ¦ + ' Ð

x- ì ø Í Ö ¦ y ¸\ ¦ 10

s ? / Ð # % 3 É r r] X J

` ¦ ì r$ 3 # ¿ ºa \ ¦ 8 £ ¤& ñ % i . ~ Ã Ì} _ ³ ð } 9 l

@ /| Ä Ì 0.2 ∼ 0.3 nm Ð+ 10 % s ? /_ ¸ \ ¦

/% 3 . Ê ê \ P % o \ O H r « Ñ_ l s § 4 / B G É r q & ñ

© f . Ë(Hall)- · ú ß ¼l (extraordinary Hall-voltage am- plitude; EHA) _ 8 £ ¤& ñ / B G Ü ¼ ÐÂ Ò' % 3 % 3 Ü ¼ 9, 8 £ ¤& ñ r ü

@Â Ò l © É r ~ Ã Ì} _ Ã ºf ~ ½ Ó ¾ Ó` ¦ & h 6 x % i . l ï r r

Ñ[ þ t_ l s § 4 M-H/ B G É r í ¸ ª ç ß [ O è (su- perconducting quantum interference device; SQUID)

4 > ü < ³ ð l F g < Æ Kerr´ òõ (surface magneto Kerr effect; SMOKE) Ð S X % i .

III. ÷ m Ç] M ö+ s ÇÊ Ý õ m Í º8 ý

8 £ x~ Ã Ì} _ x- r] X l (x-ray diffraction; XRD) J

É r Pt (111)_ x ß ¼ ° ú כ` ¦ Ä º[ j % i . & ñ ^ _

Pt(111) x ß ¼ ° ú כ É r CoFe 7 £ x Ù ¼ Ð y è % i .

NiO/Pt 8 £ x ¢ ¸ H Pt 8 £ x Ü ¼ Ð ÷ &# Q e H ! Q( 8 £ x_ 8 ú x ¿ ºa

¦ 0 \ " f 10 nm t or ( ` ¦ M :, NiO(111) ¢ ¸ H Pt (111) _ x ß ¼ ° ú כ_ [ jl H _ ° ú É r ß ¼l Ð z ¤ .

ª ü @_ & ñ x ß ¼ H Ðs t · ú § ¤ . [NiO(3 nm)/Pt(0.8 nm)]` ¦ ! Q( 8 £ x Ü ¼ Ð 6 xÙ þ ¡` ¦ M :, ì ø Íy © $ í ^ NiO\ _ K

CoFe8 £ x_ § ¨ 8 s # QÛ ¼ ´ òõ \ O H s Ä »\ ¦ ¿ º t

Ð Ð ¤ . ' Í P : H 3 nm_ # 3 0 A ? /\ " f · û ª É r NiO 8 £ x \

/ # § ¨ 8 s # QÛ ¼§ 4 s _ \ O Ü ¼ 9, ÷ rë ß m ] X

ô Ç Pt 8 £ x Ü ¼ Ð K z ´ : r \ " f ¢ - a y èY > l M :ë H s

. Õ ªo ¦ ¿ º P : H ì ø Íy © $ í ^ NiO ü < y © $ í ^ CoFe 8

x s \ " f § ¨ 8 s # QÛ ¼ H Pt \ _ K ¸% i ) a â >

" f { 9 # Q± ú Ã º \ O l M :ë H s .

Ð § 4 õ { 9 u ô Ç q & ñ © f . Ë- · ú ß ¼l (EHA) _ / B G

É r SMOKE Ð 8 £ ¤& ñ # q § % i . Ñ ü t f . Ë- · ú õ Kerr ´ òõ ß ¼l H B Ä º { 9 u 9 6 x s » ¡ ¤ s Ã ºf Ü ¼ Ð Ã

ºf l s ~ ½ Ó$ í ` ¦ { ¦ e % 3 . : £ ¤ y , ì ø Íy © $ í ^ IrMn 8

x s \ O H r « Ñ\ @ /K z ´ : r \ " f 8 £ ¤& ñ ô Ç EHA/ B G É r §

s # QÛ ¼ ´ òõ \ ¦ ° ú H # Q* ô Ç × æd s 1 l x l s § 4 / B G

` ¦ % 3 ` ¦ Ã º \ O % 3 .

Fig. 1(a) ü < (b) H Ã ºf l s ~ ½ Ó$ í ` ¦ glass/Pt(10 nm)/[CoFe(1.0 nm)/Pt(0.8 nm)]

8 £ x~ Ã Ì} \ @ / # f . Ë-

· ú õ Kerr ´ òõ _ / B G [ þ t` ¦ q §ô Ç כ s . ¿ º / B G É r H

= 115 Oe_ Ð § 4 s _ { 9 u % i ¦, ° ú É r l

h : £ ¤$ í _ ° ú כ` ¦ ° ú H כ s ¿ º > h_ É r l s § 4 M- H / B G ` ¦ : x K " f S X ÷ &% 3 . " f, " î S X ¦ 6 x s ô Ç Ã

ºf l s ~ ½ Ó$ í ` ¦ 8 £ x~ Ã Ì} \ @ / # EHA / B G