Spin transfer tork etkili çok katmanlı ince film sistemlerinin fabrikasyonu ve karakterizasyonu

Abstract

Bu tez çalışmasında genel yapısı Si(100)/ Pt/ [Co/ Pt]6/ Pt/ Co/ Pt olan çok katmanlı manyetik ince filmler magnetron saçtırma tekniği kullanılarak çeşitli kalınlıklarda hazırlandı. Si(100) alttaşın üzerine Pt tampon tabaka büyütülerek (111) yapının indüklendiği X-ışını kırınım deseniyle belirlendi. Kolineer olmayan manyetik konfigürasyon elde etmek için ferromanyetik bir katman olarak kullandığımız [Co/ Pt] katmanı 6 kez tekrarlandı. Dik manyetik anizotropi ile birlikte kolineer olmayan manyetik yönelimin elde edildiği hem FMR hem de MOKE sonuçlarından tespit edildi. Dik manyetik anizotropi elde edilen katmana ait durum yoğunlukları ve bant yapıları ilk prensiplere dayalı hesapsal yöntenler aracılığıyla belirlendi. Bununla birlikte ara katman olarak kullandığımız Platin ve 2. ferromanyetik katman olarak kullandığımız Kobalt katmanlarının kalınlıkları değiştirilerek manyetik ve transport özellikler elde edildi.Manyeto optik Kerr etkisi ve Ferromanyetik rezonans teknikleri manyetik özellikleri araştırmak için kullanıldı. Manyetodirenç ölçümleri ise transport özellikleri hakkında bilgi sahibi olmamıza yardımcı oldu. 3 nm Pt ara katman kalınlığı için ferromanyetik çiftlenim söz konusuyken 4 ve 5 nm kalınlıklar için anti-ferromanyetik çiftlenim söz konusudur. [Pt/ Co]6 katmanının manyetik anizotropisinin belirlenmesi Kobalt referans katmanının kalınlık değişimiyle yerine getirildi. Böyle sistemlerde kolineer olmayan konfigürasyonların kontrolü, ara katman ve referans katmanların kalınlıklarının değişimiyle mümkün olduğu açığa çıkarıldı. [Pt/ Co6]/ tPt/ tCo üçlü katman yapısı, çok katmanlı manyetik sistemlerde özellikle de spin transfer tork uygulamalarında kullanılabilir olduğu belirlendi.

In this thesis, magnetic multilayered thin films which have the general structure of Si(100)/ Pt/ [Co/ Pt]6/ Pt/ Co/ Pt were prepared in various thicknesses via magnetron sputtering technique. The Pt buffer layer was grown on the Si(100) substrate to induce the (111) texture. This was determined by X-Ray diffraction pattern. [Co/ Pt] layer that we used as a ferromagnetic layer in our film stack were repeated 6 times to obtain non-collinear magnetic configuration. Both FMR and MOKE results showed that perpendicular magnetic anisotropy and non-colinear magnetic configuration were achieved. Furthermore, density of states and band structure of [Co/ Pt] layer were determined using the computational methods based on the first principle calculations. Then we changed the thicknesses of spacer Platin and FM2 Cobalt layers and obtained magnetic and transport properties of these thin films. Magneto optic Kerr effect and ferromagnetic resonance techniques were used to investigate the magnetic properties. Magnetoresistance measurements help us to have information about transport properties.3 nm spacer causes ferromagnetic coupling while the samples have 4 and 5 nm spacer are coupled anti-ferromagnetic. Also, tuning magnetic anisotropy of [Co/ Pt]6 layer was accomplished by Co reference layer. It is revealed that controlling of non-collinear states in such systems is possible by variation of thickness of spacer and reference layers and [Co/ Pt]6/ tPt/ tCo trilayer system can be used in multilayered magnetic systems especially spin transfer torque applications.