[论文解读] 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 4

一句话总结

本研究探究了垂直( Co/Pd)/Cu/(Co/Ni)伪自旋阀中温度依赖的磁化反转模式，揭示了在200 K以下，反转模式由垂直相关转变为横向相关。此转变导致自旋无序度增加，并显著增强巨磁阻效应，且通过一阶反转曲线下直接测得层间耦合强度。

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.

研究动机与目标

• 理解垂直( Co/Pd)/Cu/(Co/Ni)伪自旋阀中磁化反转机制的温度依赖性。
• 将不同的反转模式与自旋输运性质（如巨磁阻GMR）相关联。
• 确定耦合磁性多层膜中层间耦合强度随温度的变化。
• 通过磁场循环研究耦合磁态的可逆性。

提出的方法

• 采用一阶反转曲线（FORC）测量来探测磁性反转行为和层间耦合。
• 在不同温度下测量磁化滞后回线，以识别反转模式的转变。
• 利用温度依赖的磁化测量和畴结构表征分析系统的磁性构型。
• 施加磁场循环以评估耦合磁态的可逆性。
• 从FORC数据中直接确定层间耦合强度随温度的变化。
• 制备了( Co/Pd)4/Co/Cu/(Co/Ni)4/Co多层膜结构，以实现垂直磁各向异性和可控的层间交换作用。

实验结果

研究问题

• RQ1 在垂直( Co/Pd)/Cu/(Co/Ni)伪自旋阀中，磁化反转模式如何随温度演变？
• RQ2 反转模式与巨磁阻效应大小之间存在何种关系？
• RQ3 单个多层膜中反转的横向相关性如何影响自旋无序度和输运性质？
• RQ4 在反转后，耦合磁态是否可重新建立？磁场循环在此过程中起什么作用？
• RQ5 该多层膜系统中层间耦合强度的温度依赖性如何？

主要发现

• 在300 K时，磁化反转通过垂直相关畴发生，产生标准的滞后回线。
• 在200 K以下，由于单个磁性多层膜的横向相关反转，滞后回线出现分叉。
• 该转变导致自旋无序度显著增加，并大幅增强巨磁阻效应。
• 一阶反转曲线测量证实，通过磁场循环可重新建立耦合磁态。
• 利用FORC数据直接量化了层间耦合强度随温度的变化。
• 观察到的反转模式转变与自旋输运性质的变化密切相关，表明层间耦合在器件性能中起关键作用。