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)/TaO_x(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.