[논문 리뷰] Reversal mode instability and magnetoresistance in perpendicular (Co/Pd)/Cu/(Co/Ni) pseudo-spin-valves

J. E. Davies, Dustin A. Gilbert외 4명|arXiv (Cornell University)|2013. 07. 02.

Magnetic properties of thin films참고 문헌 47인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 수직 (Co/Pd)/Cu/(Co/Ni) 허위 스핀바리에이트에서 온도에 따라 변화하는 자화 역전 모드를 조사하여, 200 K 이하에서 수직적으로 상관된 역전에서 횡방향으로 상관된 역전으로의 전이가 발생함을 밝혀냈다. 이 전이로 인해 스핀의 무질서도가 증가하고 거대 자기저항 효과가 크게 향상되며, 일阶 역전 곡선 분석을 통해 다층 구조의 계면 결합 강도가 직접 측정되었다.

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.

연구 동기 및 목표

• 수직 (Co/Pd)/Cu/(Co/Ni) 허위 스핀바리에이트에서 온도에 따라 변화하는 자화 역전 메커니즘을 이해하는 것.
• 다양한 역전 모드와 거대 자기저항(GMR)과 같은 스핀 운반 특성 간의 상관관계를 규명하는 것.
• 결합된 다층 자성 다층막에서 온도에 따른 계면 결합 강도를 결정하는 것.
• 장 사이클링을 통해 결합된 자성 상태의 가역성을 조사하는 것.

제안 방법

• 자기역전 거동과 계면 결합 강도를 조사하기 위해 일阶 역전 곡선(FORC) 측정을 실시하였다.
• 역전 모드 전이를 식별하기 위해 다양한 온도에서 자화 히스테리시스 루프를 측정하였다.
• 온도에 따라 변화하는 자화 측정과 도메인 구조 특성 분석을 통해 시스템의 자성 구조를 분석하였다.
• 결합된 자성 상태의 가역성을 평가하기 위해 장 사이클링을 적용하였다.
• FORC 데이터로부터 온도에 따른 계면 결합 강도를 직접적으로 결정하였다.
• (Co/Pd)4/Co/Cu/(Co/Ni)4/Co 다층막 구조를 제작하여 수직 자기이성도를 유도하고 계면 상호작용을 제어하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 수직 (Co/Pd)/Cu/(Co/Ni) 허위 스핀바리에이트에서 자화 역전 모드는 온도에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ2 역전 모드와 거대 자기저항 효과의 크기 사이에는 어떤 관계가 있는가?
• RQ3 개별 스택에서의 횡방향 역전 상관관계는 스핀의 무질서도와 운반 특성에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ4 역전 후 결합된 자성 상태는 재설정될 수 있으며, 장 사이클링의 역할은 무엇인가?
• RQ5 이 다층막 시스템에서 계면 결합 강도는 온도에 따라 어떻게 변화하는가?

주요 결과

• 300 K에서 자화 역전은 수직적으로 상관된 도메인을 통해 발생하여 표준 히스테리시스 루프를 형성한다.
• 200 K 이하에서는 개별 자성 스택의 횡방향 상관된 역전으로 인해 히스테리시스 루프가 분기된다.
• 이 전이로 인해 스핀의 무질서도가 크게 증가하고 거대 자기저항 효과가 상당히 향상된다.
• 일阶 역전 곡선 측정 결과, 장 사이클링을 통해 결합된 자성 상태가 재설정될 수 있음을 확인하였다.
• FORC 데이터를 활용해 온도에 따른 계면 결합 강도를 직접적으로 정량화하였다.
• 관측된 역전 모드 전이는 스핀 운반 특성의 변화와 강하게 상관되어 있으며, 이는 계면 결합이 장치 성능에 결정적인 역할을 함을 시사한다.