Магнитосопротивление многослойных ферромагнитных наночастиц
Интерес к гальваномагнитным свойствам многослойных систем, содержащих ферромагнитные слои обусловлен, с одной стороны, возможностью создания на их основе новых устройств записи и хранения информации.
![]() |
![]() |
Рис. 1a. Схематическое изображение двух устойчивых состояний. |
Рис. 1b. МСМ изображение устойчивых состояний тестовых частиц. Три частицы находятся в «ферромагнитном» состоянии, а крайняя правая — в «антиферромагнитном». |
Многослойные структуры CoFe(11 нм)/TaOx(1нм)/CoFe(9 нм) изготавливались методом магнетронного напыления в атмосфере Ar при остаточным давлении в камере ~ 10-6 Торр. Окисление слоя Ta между магнитными слоями проводилось в атмосфере кислорода с давлением порядка 10 Торр. Перед напылением многослойной структуры на кремниевую подложку наносилась металлическая пленка (Ta) толщиной ~ 50 нм, выполняющая функции «нижнего» электрода. Состав и толщины слоев контролировались методами ионной масс-спектроскопии (ВИМС) и рентгеновской рефлектометрии.
Для формирования частиц использовались методы электронной литографии (литографическая приставка ELPHY PLUS). При этом была использована многослойная маска, состоящая из полимерных и металлических слоев. Этот составной резист обеспечил, возможность ионного (плазмохимического) травления металлических слоев и последующего удаления диэлектрического (Ta2O5) слоя в результате «lift-off”процесса. В результате была сформирована система эллиптических частиц (латеральные размеры 300×500 нм) «замурованных» в диэлектрической матрице. После этого формировался «верхний» металлический (на основе Сu) электрод. Таким образом, протекание тока между электродами было возможно только через частицу, перпендикулярно ее слоям (рис. 2а).
![]() |
![]() |
Рис. 2a. Схема исследуемой структуры. |
Рис. 2b. Зависимость величины сопротивления от внешнего магнитного поля. |
Перед нанесением верхнего электрода, магнитное состояние многослойной частицы исследовалось методом магнитно-силовой микроскопии (вакуумный микроскоп «Solver”). Эти исследования подтвердили основные предположения о характере намагничивания и позволили установить, что при приложении внешнего магнитного поля порядка 300 Э намагниченности слоев становятся сонаправленными. Измерение сопротивления изготовленных структур проводились при комнатной температуре двухконтактным методом. Сопротивление структуры составляло ~10 кОм, измерения проводились при пропускании тока ~ 1-50 μA (падение напряжения 10-500 мВ). Зависимость изменения сопротивления от внешнего магнитного поля, приложенного вдоль длинной оси частицы, представлена на рис. 2 (падение напряжения 100 мВ). Величина магнитосопротивления составила ~ 3% при падении напряжения 10 мВ и плавно уменьшалась с ростом измерительного тока. Проведены измерения зависимости сопротивления от магнитного поля, направленного вдоль короткой оси частицы. Эти измерения показывают, что сопротивление системы пропорционально косинусу угла между магнитными моментами слоев.