D0I:10.13374/i.issnl00113.2007.07.014 第29卷第7期 北京科技大学学报 Vol.29 No.7 2007年7月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jd.2007 用纵向磁光克尔效应观察Co/Cu/Co三层膜正交 方向磁矩随磁场的翻转过程 王屹东王蕾潘礼庆吴平邱宏王凤平 北京科技大学物理系，北京100083 摘要运用光弹调制器和锁向放大器作为主要的光电子仪器，搭建磁光克尔效应实验系统，将平行和垂直磁场应用于纵向 磁光克尔(K)效应，用来分析薄膜正交方向磁矩随磁场翻转的情况·应用此方法，研究了在不同衬底上用磁控溅射方法制 备的Co(2.7nm)/Cu(2nm)/Co(2.7nm)三层膜的磁性及磁矩翻转，探索其耦合机理.衬底与间隔层Cu层表面结构的差异，诱 导了底层C。与表面层C。结构的差异，导致底层和表面层C。膜的矫顽力不同，从而实现了两铁磁层的磁矩翻转不一致· 关键词磁光克尔效应：磁矩翻转；三层膜 分类号TM271 表面磁性以及由数个原子层所构成的超薄膜和 本实验采用PH610俄歇电子扫描电镜条件为：电 多层膜磁性，是当今自旋电子学领域中的一个研究 子束3keV,溅射速率为3.0 nm'min1,俄歇深度剖 热点·近年来，因为巨磁电阻效应和层间周期振荡 面观察沉积后的薄膜成分，采用纵向磁光克尔效应 耦合现象，铁磁/非磁贵金属/铁磁三层膜被广泛研 同时测量样品两个正交方向上的磁矩，从而更好地 究，其中尤以多晶(Cu/Co)多层膜的磁电阻效应最 了解薄膜样品平面内磁化翻转过程， 为突出.Parkin采用十分普遍的磁控溅射设备，成 磁光克尔效应实验装置应用于室温，光路图如 功地制备了(Cū/Co)多层膜，发现巨磁电阻效应随 图1.激光器(laser)是MELLES GRIOT公司生产 非磁性层厚度的变化而呈现周期性的变化，反映了 的05LHP-151型，波长632.8nm·光弹调制器 铁磁/反铁磁性耦合的交迭变化山.而磁光克尔效 (PEM)采用Hinds Instruments公司的PEM9OTM 应(MOKE)是一种重要的超薄膜磁性测量实验手 型，其调制频率为47kH五·锁相放大器(lock-in)是 段，由于其具有高灵敏度的特点而受到越来越多的 Perkin Elmer公司生产的Model7265型.实验装置 重视，并被广泛应用于磁有序、磁各向异性以及层间 采用45入射角度，激光通过偏振片(polarizer)后产 耦合等问题的研究.本文运用了磁光克尔效应及俄 生$态线性偏振光，经样品反射后形成椭圆偏振光， 歇电子能谱深度剖析图分析了Co/Cu/Cu三层膜在 光弹调制器在光的两个正交分量之间产生一个相位 不同衬底下的磁性及磁矩翻转 差，它随时间呈现正弦周期性变化，反射后经调制的 光经过分析偏振片后最终进入探测器，探测器将把 1 实验方法 信息反馈给锁相放大器。经调制后的光包含调制频 基片分别为具有500nmSi02层的热氧化硅片 率的信息，锁相放大器将参考光弹调制器给予的标 (T0S)、单晶Si(100)和K9玻璃.对不同的基底，采 光弹调制器 取不同的清理手段，对TOS和K9玻璃，采用酒精、 分析偏振片 样品 探测器 丙酮溶剂进行超声波清洗，对单晶S,先用氢氟酸 清洗，去除表面氧化层，再采用酒精溶剂进行超声波 偏振片 光弹满制 信号处理 控制器 清洗·所有基底温度以及样品生长环境均为室温 AC信号 激光器 镇向放大器 收稿日期：2006-02-19修回日期：2006-06-12 基金项目：国家自然科学基金资助项目(No·19974005,No 计算机 DC信号 50472092) 作者简介：王屹东(1982-)，男，硕士研究生：潘礼庆(1964一)，男， 图1表面磁光克尔效应实验装置 教授，博士生导师 Fig.I Experimental system of magneto-optic Kerr effect用纵向磁光克尔效应观察 Co／Cu／Co 三层膜正交 方向磁矩随磁场的翻转过程 王屹东 王 蕾 潘礼庆 吴 平 邱 宏 王凤平 北京科技大学物理系‚北京100083 摘 要 运用光弹调制器和锁向放大器作为主要的光电子仪器‚搭建磁光克尔效应实验系统‚将平行和垂直磁场应用于纵向 磁光克尔（Kerr）效应‚用来分析薄膜正交方向磁矩随磁场翻转的情况．应用此方法‚研究了在不同衬底上用磁控溅射方法制 备的 Co（2∙7nm）／Cu（2nm）／Co（2∙7nm）三层膜的磁性及磁矩翻转‚探索其耦合机理．衬底与间隔层 Cu 层表面结构的差异‚诱 导了底层 Co 与表面层 Co 结构的差异‚导致底层和表面层 Co 膜的矫顽力不同‚从而实现了两铁磁层的磁矩翻转不一致． 关键词 磁光克尔效应；磁矩翻转；三层膜 分类号 T M271 收稿日期：2006-02-19 修回日期：2006-06-12 基金项 目：国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 （ No．19974005‚No． 50472092） 作者简介：王屹东（1982—）‚男‚硕士研究生；潘礼庆（1964—）‚男‚ 教授‚博士生导师 表面磁性以及由数个原子层所构成的超薄膜和 多层膜磁性‚是当今自旋电子学领域中的一个研究 热点．近年来‚因为巨磁电阻效应和层间周期振荡 耦合现象‚铁磁／非磁贵金属／铁磁三层膜被广泛研 究‚其中尤以多晶（Cu／Co）多层膜的磁电阻效应最 为突出．Parkin 采用十分普遍的磁控溅射设备‚成 功地制备了（Cu／Co）多层膜‚发现巨磁电阻效应随 非磁性层厚度的变化而呈现周期性的变化‚反映了 铁磁／反铁磁性耦合的交迭变化［1］．而磁光克尔效 应（MOKE）是一种重要的超薄膜磁性测量实验手 段‚由于其具有高灵敏度的特点而受到越来越多的 重视‚并被广泛应用于磁有序、磁各向异性以及层间 耦合等问题的研究．本文运用了磁光克尔效应及俄 歇电子能谱深度剖析图分析了 Co／Cu／Cu 三层膜在 不同衬底下的磁性及磁矩翻转． 1 实验方法 基片分别为具有500nm SiO2 层的热氧化硅片 （TOS）、单晶 Si（100）和 K9玻璃．对不同的基底‚采 取不同的清理手段．对 TOS 和 K9玻璃‚采用酒精、 丙酮溶剂进行超声波清洗．对单晶 Si‚先用氢氟酸 清洗‚去除表面氧化层‚再采用酒精溶剂进行超声波 清洗．所有基底温度以及样品生长环境均为室温． 本实验采用 PHI—610俄歇电子扫描电镜条件为：电 子束3keV‚溅射速率为3∙0nm·min —1‚俄歇深度剖 面观察沉积后的薄膜成分．采用纵向磁光克尔效应 同时测量样品两个正交方向上的磁矩‚从而更好地 了解薄膜样品平面内磁化翻转过程． 图1 表面磁光克尔效应实验装置 Fig．1 Experimental system of magneto-optic Kerr effect 磁光克尔效应实验装置应用于室温．光路图如 图1．激光器（laser）是 MELLES GRIOT 公司生产 的05—LHP—151型‚波长632∙8nm．光弹调制器 （PEM）采用 Hinds Instruments 公司的 PEM—90T M 型‚其调制频率为47kHz．锁相放大器（lock-in）是 Perkin—Elmer 公司生产的 Model7265型．实验装置 采用45°入射角度‚激光通过偏振片（polarizer）后产 生 S 态线性偏振光‚经样品反射后形成椭圆偏振光‚ 光弹调制器在光的两个正交分量之间产生一个相位 差‚它随时间呈现正弦周期性变化‚反射后经调制的 光经过分析偏振片后最终进入探测器‚探测器将把 信息反馈给锁相放大器．经调制后的光包含调制频 率的信息‚锁相放大器将参考光弹调制器给予的标 第29卷 第7期 2007年 7月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．29No．7 Jul．2007 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2007．07．014