[論文レビュー] Reversal mode instability and magnetoresistance in perpendicular (Co/Pd)/Cu/(Co/Ni) pseudo-spin-valves

J. E. Davies, Dustin A. Gilbert+4 more|arXiv (Cornell University)|Jul 2, 2013

Magnetic properties of thin films参考文献 47被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、垂直磁気異方性を持つ(Co/Pd)/Cu/(Co/Ni)疑似スピンバルブにおける温度依存の磁化反転モードを調査し、200 K未満で垂直に相関した反転から横方向に相関した反転へと遷移することを明らかにした。この遷移によりスピンの不規則性が増加し、巨大磁気抵抗効果が顕著に向上する。また、一次逆転曲線解析を用いて、界面結合強度を直接測定した。

ABSTRACT

We have observed distinct temperature-dependent magnetization reversal modes in a perpendicular (Co/Pd)4/Co/Cu/(Co/Ni)4/Co pseudo-spin-valve, which are correlated with spin-transport properties. At 300 K, magnetization reversal occurs by vertically correlated domains. Below 200 K the hysteresis loop becomes bifurcated due to laterally correlated reversal of the individual stacks. The magnetic configuration change also leads to higher spin disorders and a significant increase in the giant magnetoresistance effect. First order reversal curve measurements reveal that the coupled state can be re-established through field cycling, and allow direct determination of the interlayer coupling strength as a function of temperature.

研究の動機と目的

• 垂直的(Co/Pd)/Cu/(Co/Ni)疑似スピンバルブにおける温度依存の磁化反転メカニズムを理解すること。
• 異なる反転モードと、巨大磁気抵抗(GMR)のようなスピン輸送特性との相関を明らかにすること。
• 結合した磁性マルチレイヤーにおける温度関数としての界面結合強度を特定すること。
• 磁場サイクリングを用いて、結合した磁性状態の可逆性を検証すること。

提案手法

• 磁化反転行動と界面結合を調査するために、一次逆転曲線(FORC)測定が用いられた。
• 反転モード遷移を特定するために、さまざまな温度で磁化ヒステリシスループが測定された。
• 系の磁性的配置は、温度依存の磁化測定とドメイン構造の特徴付けを用いて分析された。
• 磁性状態の可逆性を評価するために、磁場サイクリングが適用された。
• 界面結合強度は、温度関数としてFORCデータから直接決定された。
• 垂直磁気異方性と制御された界面交換結合を実現するため、(Co/Pd)4/Co/Cu/(Co/Ni)4/Coマルチレイヤー構造が作製された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 垂直的(Co/Pd)/Cu/(Co/Ni)疑似スピンバルブにおける磁化反転モードは、温度に応じてどのように変化するか？
• RQ2 反転モードと巨大磁気抵抗効果の大きさの間にどのような関係があるか？
• RQ3 個々のスタックにおける反転の横方向相関は、スピンの不規則性および輸送特性にどのように影響するか？
• RQ4 反転後に結合した磁性状態は再確立可能か？磁場サイクリングの役割は何か？
• RQ5 このマルチレイヤー系における界面結合強度の温度依存性は何か？

主な発見

• 300 Kでは、磁化反転が垂直に相関したドメインによって進行し、標準的なヒステリシスループが得られた。
• 200 K未満では、個々の磁性スタックの横方向に相関した反転により、ヒステリシスループが二重化した。
• この遷移により、スピンの不規則性が顕著に増加し、巨大磁気抵抗効果が著しく向上した。
• 一次逆転曲線測定により、磁場サイクリングによって結合した磁性状態が再確立可能であることが確認された。
• FORCデータを用いて、界面結合強度が温度関数として直接定量化された。
• 観察された反転モードの遷移は、スピン輸送特性の変化と強く相関しており、デバイス性能における界面結合の重要な役割が示唆された。