正在加载图片...
第7期 王屹东等：用纵向磁光克尔效应观察Co/C/C0三层膜正交方向磁矩随磁场的翻转过程 .715. 接耦合(pinhole coupling)-】.在外加磁场下，耦合 (a) (b) 场的存在使得两层同时偏转，这样台阶现象就明显 减弱甚至消失，对比图3(a)和()可以看出，沉积在 Si衬底上的三层膜的台阶比沉积在TOS上的三层 膜的台阶更加明显，而沉积在TOS上的三层膜因为 通过孔洞的直接耦合减弱了台阶现象.分析数据进 步得出，单晶Si上沉积的样品在溅射4min后Co 图5不同C0层厚度比例导致的MOKE磁滞回线的不同的示意 和i的原子分数分别为36%和39%.然而，沉积 图（磁场沿磁化易轴方向）·(a)顶层C0与底层Co的厚度比为 在TOS衬底上的样品在溅射4min后Co和Si02的 11(b)顶层C0与底层C0的厚度比为2：1，且顶层先转9 原子分数分别为50%和20%.可见沉积在$i衬底 Fig.5 A schematic showing on different MOKE loops effected by 的底层C0由于有效厚度的减小导致了上下Co层 different Co layer thickness ratios (along the easy axis):(a)the ra- tio of the top Co layer to the bottom Co layer is 1:1:(b)the ratio 的不同，从而使扭转的位置发生变化，据报道)，以 of the top Co layer to the bottom Co layer is 2:1.the top layer TOS为基底，用磁控溅射在室温沉积的Co/Cu/Co switched first 三层膜，间隔Cu层的厚度为2nm时，出现强反铁磁 耦合，但是制备的Co/Cu/Co三层膜耦合强度较 从俄歇深度剖析图（图6）可以直观地看出，沉 小，分析认为这是由于样品界面的粗糙度相对于报 积在单晶Si衬底上的三层膜，中间Cu层的曲线较 道的沉积在Au种子层之上样品的粗糙度增大导致 平缓，表明间隔Cū层比较均匀，形成了完成的一层 的结果，同时，还需要指出的是，薄膜在沉积时没有 膜；而以TOS为衬底沉积的Co/Cu/Co,间隔Cu层 磁场诱导，这对于研究磁性薄膜耦合也是一个不小 的含量随厚度成尖峰状，表明间隔层厚度不均匀，这 的障碍 样容易形成孔洞，使上下两层C。可以通过孔洞直 100 100 90 (a) -■-C0 90 (b) -C0 --Cu -0-Cu Si/Co/Cw/Co -Si 80 TOS/Co/Cu/Co -△-Si0, 70 70 % 口0 00 ▣▣ 00 44 10 口0、 △A8AA△△A△A△AA△△AA000 10 2 3 腿射时间min 溅射时间min 图6俄歇电子深度谱分析.(a)Si/Co/Cu/Co,(b)TOs/Co/Cu/Co. Fig.6 Auger depth profiling for (a)the Co/Cu/Co trilayer deposited on Si,(b)the Co/Cu/Co trilayer deposited on TO 顽力不同，从而导致两铁磁层的磁矩翻转不一致 3结论 从实验结果可以看出，纵向磁光克尔效应在研究超 利用平行和垂直磁场的纵向磁光克尔效应同时 薄磁性层的磁矩翻转及多层膜的层间耦合方面有特 殊的作用 观测在不同衬底上制备的Co(2.7nm)/Cu(2nm)/ Co(2.7m)三层膜的磁性及磁矩翻转过程，以T0S 参考文献 和Si(100)为衬底的三层膜平行与垂直磁场方向都 不同程度地出现了两铁磁层磁矩翻转不一致的现 [1]Parkin SS P.LiZ G.Smith D J.Giant magnetoresistance in an- tiferromagnetic Co/Cu multilayers.Appl Phys Lett.1991.58. 象，其中以Si为衬底的现象最为明显，而以K9玻璃 2710 为衬底的三层膜未观察到磁矩翻转现象，表明衬底 [2]Admon U.Dariel M P.Grunbaum E,et al.Irreversible magneti- 与间隔层C层表面结构的差异，诱导了底层Co与 zation reversal in some Co-based alloy thin film.J Appl Phys 顶层C0结构的差异，导致底层和表面层C0膜的矫 1989,66:316图5 不同 Co 层厚度比例导致的 MOKE 磁滞回线的不同的示意 图（磁场沿磁化易轴方向）．（a） 顶层 Co 与底层 Co 的厚度比为 1∶1；（b） 顶层 Co 与底层 Co 的厚度比为2∶1且顶层先转［2］ Fig．5 A schematic showing on different MOKE loops effected by different Co layer thickness ratios （along the easy axis）： （a） the ratio of the top Co layer to the bottom Co layer is1∶1；（b） the ratio of the top Co layer to the bottom Co layer is 2∶1the top layer switched first 从俄歇深度剖析图（图6）可以直观地看出沉 积在单晶 Si 衬底上的三层膜中间 Cu 层的曲线较 平缓表明间隔 Cu 层比较均匀形成了完成的一层 膜；而以 TOS 为衬底沉积的 Co／Cu／Co间隔 Cu 层 的含量随厚度成尖峰状表明间隔层厚度不均匀这 样容易形成孔洞使上下两层 Co 可以通过孔洞直 接耦合（pinhole coupling） ［5—6］．在外加磁场下耦合 场的存在使得两层同时偏转这样台阶现象就明显 减弱甚至消失．对比图3（a）和（b）可以看出沉积在 Si 衬底上的三层膜的台阶比沉积在 TOS 上的三层 膜的台阶更加明显而沉积在 TOS 上的三层膜因为 通过孔洞的直接耦合减弱了台阶现象．分析数据进 一步得出单晶 Si 上沉积的样品在溅射4min 后 Co 和 Si 的原子分数分别为36％和39％．然而沉积 在 TOS 衬底上的样品在溅射4min 后 Co 和 SiO2 的 原子分数分别为50％和20％．可见沉积在 Si 衬底 的底层 Co 由于有效厚度的减小导致了上下 Co 层 的不同从而使扭转的位置发生变化．据报道［7］以 TOS 为基底用磁控溅射在室温沉积的 Co／Cu／Co 三层膜间隔 Cu 层的厚度为2nm 时出现强反铁磁 耦合．但是制备的 Co／Cu／Co 三层膜耦合强度较 小分析认为这是由于样品界面的粗糙度相对于报 道的沉积在 Au 种子层之上样品的粗糙度增大导致 的结果．同时还需要指出的是薄膜在沉积时没有 磁场诱导这对于研究磁性薄膜耦合也是一个不小 的障碍． 图6 俄歇电子深度谱分析．（a） Si／Co／Cu／Co（b） TOS／Co／Cu／Co． Fig．6 Auger depth profiling for （a） the Co／Cu／Co trilayer deposited on Si（b） the Co／Cu／Co trilayer deposited on TOS 3 结论 利用平行和垂直磁场的纵向磁光克尔效应同时 观测在不同衬底上制备的 Co（2∙7nm）／Cu（2nm）／ Co（2∙7nm）三层膜的磁性及磁矩翻转过程以 TOS 和 Si（100）为衬底的三层膜平行与垂直磁场方向都 不同程度地出现了两铁磁层磁矩翻转不一致的现 象其中以 Si 为衬底的现象最为明显而以 K9玻璃 为衬底的三层膜未观察到磁矩翻转现象．表明衬底 与间隔层 Cu 层表面结构的差异诱导了底层 Co 与 顶层 Co 结构的差异导致底层和表面层 Co 膜的矫 顽力不同从而导致两铁磁层的磁矩翻转不一致． 从实验结果可以看出纵向磁光克尔效应在研究超 薄磁性层的磁矩翻转及多层膜的层间耦合方面有特 殊的作用． 参 考 文 献 ［1］ Parkin S S PLi Z GSmith D J．Giant magnetoresistance in antiferromagnetic Co／Cu multilayers．Appl Phys Lett199158： 2710 ［2］ Admon UDariel M PGrunbaum Eet al．Irreversible magnetization reversal in some Co-based alloy thin film．J Appl Phys 198966：316 第7期 王屹东等： 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 ·715·