Enhancement of Exchange Bias and Perpendicular Magnetic Anisotropy in CoO/Co Multilayer Thin Films by Tuning the Alumina Template Nanohole Size
| Autor: | Mohamed Salaheldeen, Ayman Nafady, Ahmed M. Abu-Dief, Rosario Díaz Crespo, María Paz Fernández-García, Juan Pedro Andrés, Ricardo López Antón, Jesús A. Blanco, Pablo Álvarez-Alonso |
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| Rok vydání: | 2022 |
| Předmět: |
General Chemical Engineering
Paredes de dominio Nanostructured thin films General Materials Science Exchange bias Domain walls Simulación micromagnética nanostructured thin films micromagnetic simulation domain walls perpendicular magnetic anisotropy exchange bias Micromagnetic simulation Anisotropía magnética perpendicular Perpendicular magnetic anisotropy Sesgo de intercambio Películas finas nanoestructuradas |
| Zdroj: | RUIdeRA. Repositorio Institucional de la UCLM Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) Nanomaterials; Volume 12; Issue 15; Pages: 2544 |
| ISSN: | 2079-4991 |
| Popis: | The interest in magnetic nanostructures exhibiting perpendicular magnetic anisotropy and exchange bias (EB) effect has increased in recent years owing to their applications in a new generation of spintronic devices that combine several functionalities. We present a nanofabrication process used to induce a significant out-of-plane component of the magnetic easy axis and EB. In this study, 30 nm thick CoO/Co multilayers were deposited on nanostructured alumina templates with a broad range of pore diameters, 34 nm ≤ Dp ≤ 96 nm, maintaining the hexagonal lattice parameter at 107 nm. Increase of the exchange bias field (HEB) and the coercivity (HC) (12 times and 27 times, respectively) was observed in the nanostructured films compared to the non-patterned film. The marked dependence of HEB and HC with antidot hole diameters pinpoints an in-plane to out-of-plane changeover of the magnetic anisotropy at a nanohole diameter of ∼75 nm. Micromagnetic simulation shows the existence of antiferromagnetic layers that generate an exceptional magnetic configuration around the holes, named as antivortex-state. This configuration induces extra high-energy superdomain walls for edge-to-edge distance >27 nm and high-energy stripe magnetic domains below 27 nm, which could play an important role in the change of the magnetic easy axis towards the perpendicular direction El interés por las nanoestructuras magnéticas que exhiben anisotropía magnética perpendicular y efecto de sesgo de intercambio (EB) ha aumentado en los últimos años debido a sus aplicaciones en una nueva generación de dispositivos espintrónicos que combinan varias funcionalidades. Presentamos un proceso de nanofabricación utilizado para inducir una componente significativa fuera del plano del eje magnético fácil y del EB. En este estudio, se depositaron multicapas de CoO/Co de 30 nm de espesor sobre plantillas de alúmina nanoestructurada con un amplio rango de diámetros de poro, 34 nm ≤ Dp ≤ 96 nm, manteniendo el parámetro de red hexagonal en 107 nm. Se observó un aumento del campo de polarización de intercambio (HEB) y de la coercitividad (HC) (12 veces y 27 veces, respectivamente) en las películas nanoestructuradas en comparación con la película sin patrón. La marcada dependencia de HEB y HC con los diámetros de los agujeros antidotados señala un cambio de la anisotropía magnética de dentro a fuera del plano a un diámetro de nanoagujero de ∼75 nm. La simulación micromagnética muestra la existencia de capas antiferromagnéticas que generan una configuración magnética excepcional alrededor de los agujeros, denominada estado de antivórtice. Esta configuración induce paredes de superdominio extra de alta energía para la distancia de borde a borde >27 nm y dominios magnéticos de franja de alta energía por debajo de 27 nm, que podrían desempeñar un papel importante en el cambio del eje magnético fácil hacia la dirección perpendicular |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
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