CoFeB基垂直磁化膜的反?；魻栃芯?pdf

1、具有垂直磁各向異性的磁納米結構近年來開始成為國內(nèi)外相關研究小組的研究熱點之一,而反常霍爾效應是研究磁性材料,尤其是垂直磁化膜的強大工具。但目前,反常霍爾效應還沒有建立完整的理論體系來對有關實驗結果做出合理的、定量的解釋。爭論的焦點是該效應是內(nèi)稟機制還是外在機制,以及如何處理雜質(zhì)、缺陷和聲子等散射問題。近年來又有人提出了基于電導區(qū)間的反?；魻枠硕汝P系,但該標度關系在無序化材料中往往會受到量子效應,如弱局域化影響,而使得關系不再成立。本文以

2、CoFeB材料為研究對象,通過反?；魻栃獪y試系統(tǒng)測試發(fā)現(xiàn),當CoFeB厚度分別在1.04nm和1.2nm時,Ta/CoFeB/MgO及MgO/CoFeB/Ta薄膜具有強的垂直各向異性。同時發(fā)現(xiàn)CoFeB/Pt多層膜在適當?shù)暮穸纫嗑哂忻黠@的垂直各向異性。通過深入研究CoFeB/Pt垂直磁化多層膜、Ta/CoFeB/MgO及MgO/CoFeB/Ta垂直磁化膜以及非晶態(tài)CoFeB單層膜的磁性及輸運特性詳細討論了其垂直各向異性及其反?；魻栃?/p>

3、物理機理。
　　首先,通過磁控濺射制備了[CoFeB/Pt]N垂直磁化膜,當CoFeB的厚度在0.35nm~0.65nm之間時,可以在[CoFeB/Pt]N多層膜中觀察到清晰的垂直磁各向異性,其垂直磁各向異性強烈依賴于CoFeB和Pt層厚度、以及CoFeB/Pt的周期數(shù)。隨CoFeB/Pt周期數(shù)的增加,垂直磁各向異性減弱。當N≥5時,霍爾回線呈現(xiàn)蜂腰型,這時[CoFeB/Pt]N多層膜在零場時出現(xiàn)零剩磁。此外還成功的制備了Ta/C

4、oFeB/MgO及MgO/CoFeB/Ta系列的垂直磁化膜,當CoFeB厚度分別在1.04nm和1.2nm時,經(jīng)過300℃左右的退火,上述兩種系列薄膜均具有強的垂直各向異性。該系列樣品的垂直各向異性源自CoFeB/MgO界面,并與Ta、CoFeB、MgO的厚度均具有依賴關系。
　　其次,通過實驗發(fā)現(xiàn)垂直磁化的CoFeB/Pt多層膜的反?；魻栃獫M足標度關系:RS=aρxx+bρ2xx。與垂直磁化的Co/Pt多層膜所不同的是,CoF

5、eB/Pt多層膜的是由強的斜散射機制與弱的邊界跳躍機制共同構成。同時,隨著CoFeB-Pt雙層周期的增加,斜散射機制得到增強。通過XRR分析了其粗糙度,認為粗糙度的增加是導致斜散射機制增強的原因。另外,根據(jù)樣品的電導分布區(qū)間和現(xiàn)有的結果,通過計算發(fā)現(xiàn),Ta/CoFeB/MgO系列垂直磁化膜的反?；魻栃械倪吔缣S機制大約為斜散射機制的三倍,也就是說邊界跳躍機制是Ta/CoFeB/MgO薄膜中的反常霍爾效應的主導機制。結合目前已知的內(nèi)稟

6、機制和斜散射機制與飽和磁化強度的線性關系,可以推斷出邊界跳躍機制引起的反?；魻栯妼c飽和磁化強度也具有正比關系。同時還發(fā)現(xiàn)Ta/CoFeB/MgO系列垂直磁化膜電阻在低溫下具有l(wèi)nT關系,這說明CoFeB薄膜中存在電子的弱局域化現(xiàn)象。
　　為更清楚的分析CoFeB體系的反?；魻栃?本文對單層非晶態(tài)CoFeB薄膜做了研究。對于無序的(disordered)非晶態(tài)CoFeB薄膜,在較大的厚度范圍內(nèi),其低溫下(<60K)的反?；魻栯娮?/p>

7、及縱向電阻與溫度均具有對數(shù)依賴關系,即:RAH、Rxx∝lnT。該現(xiàn)象是由二維(2D)薄膜電子的弱局域化引起?；陔娮泳钟蚧姆菑椥陨⑸錂C理,發(fā)現(xiàn)在該厚度范圍內(nèi),弱局域化從2D過渡至3D,同時發(fā)現(xiàn)弱無序度((kFl)-11)的非晶態(tài)CoFeB薄膜的非彈性散射長度為13nm。實驗也證實了弱局域化對反?；魻栯妼У呢暙I與薄膜的無序度有關。在強無序度情況下,弱局域化對反常霍爾電導貢獻不為零。當無序度減小時,弱局域化對反常霍爾電導的貢獻逐步減小。