Màng mỏng đa lớp spin van: Luận văn Thạc sĩ Khoa học nghiên cứu chế tạo

Ạ Ọ

Ộ Ố Đ I H C QU C GIA HÀ N I

ƯỜ

Ọ Ự

Ạ Ọ

NG Đ I H C KHOA H C T NHIÊN

ị ề

ễ

Nguy n Th Ki u Vân

Ế Ạ

Ớ

Ỏ

Ứ

NGHIÊN C U CH T O MÀNG M NG ĐA L P

Ấ

CÓ C U TRÚC

SPIN VAN

Ọ

Ậ

Ạ LU N VĂN TH C SĨ KHOA H C

Hà N i – ộ

2015

Ạ Ọ

Ộ Ố Đ I H C QU C GIA HÀ N I

ƯỜ

Ọ Ự

Ạ Ọ

NG Đ I H C KHOA H C T NHIÊN

ị ề

ễ

Nguy n Th Ki u Vân

Ế Ạ

Ớ

Ỏ

Ứ

NGHIÊN C U CH T O MÀNG M NG ĐA L P

Ấ

CÓ C U TRÚC

SPIN VAN

ậ

ệ

Chuyên ngành: V t lý Nhi

Mã s :ố

Ọ

Ậ

Ạ LU N VĂN TH C SĨ KHOA H C

Ẫ

Ấ

ƯỜ ƯỚ I H

Ọ NG D N KHOA H C: TS. LÊ TU N TÚ

ộ

Hà N i – Năm 2015

Ờ Ả Ơ L I C M N!

ờ ầ ử ờ ả ơ ắ ớ L i đ u tiên, em xin g i l i c m n sâu s c t ấ i TS. Lê Tu n Tú – ng ườ i

ả ơ ậ ầ ậ ầ ỡ ố ờ th y đã t n tình giúp đ em trong su t th i gian làm lu n văn. C m n th y đã

ự ữ ề ệ ấ ầ ọ ế giúp em l a ch n đ tài, cung c p cho em nh ng thông tin, tài li u c n thi t và

ệ ả ướ ứ ề ắ ố nhi t tình gi i đáp các v ng m c trong su t quá trình nghiên c u đ tài…

ế ơ ự ạ ỗ ủ ấ ả Em xin chân thành bi t n s d y d c a t ậ ầ t c các quý th y cô Khoa V t

ườ ạ ọ ọ ự ạ ọ ố ộ lý – Tr ng Đ i h c Khoa h c t ầ nhiên – Đ i h c Qu c gia Hà N i. Các th y,

ạ ạ ế ề ứ ầ ữ ế ế các cô đã h t mình truy n đ t l i cho em nh ng ki n th c c n thi ổ t và b ích cho

ươ t ng lai sau này.

ố ờ ả ơ ử ớ ắ ấ Cu i cùng, l i c m n chân thành và sâu s c nh t em xin g i t i gia đình

ữ ườ ặ ộ ố thân yêu – nh ng ng i đã luôn sát cánh và đ ng viên em trong su t ch ng đ ườ ng

qua.

ộ Hà N i, ngày 06 tháng 07 năm 2015.

Sinh viên

ễ ề ị Nguy n Th Ki u Vân

Ụ Ụ M C L C

13 MỞ ĐẦU .................................................................................................................

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MÀNG MỎNG TỪ TÍNH

14 ........................................

1.1. Màng mỏng.

14 .............................................................................................................

1.2. Dị hướng từ.

15 ............................................................................................................ 15 .......................................................................................................... 1.2.1. Dị hướng hình dạng. 1.2.2. Dị hướng từ tinh thể. 16 ........................................................................................................ 17 ........................................................................................................... 1.2.3. Dị hướng ứng suất. 17 ........................................................................................ 1.2.4. Dị hướng từ trong màng mỏng.

1.3. Các vật liệu sắt từ.

18 ..................................................................................................

1.4. Các chất phản sắt từ (AFM).

1.4.1. Đặc điểm của vật liệu phản sắt từ. 1.4.2. Lý thuyết trường phân tử của lớp phản sắt từ.

21 .................................................................................. 21 ................................................................................... 22 ................................................................

1.5. Giới thiệu về hiện tượng trao đổi dịch. 1.5.1. Nguồn gốc của hiệu ứng trao đổi dịch. 1.5.2. Hiện tượng dịch đường từ trễ trong hệ FM/AFM. 1.5.3. Mô hình lý thuyết. 1.5.4. Sự phụ thuộc vào độ dày của từ trường trao đổi dịch. 1.5.5. Các ứng dụng của hiện tượng trao đổi dịch.

22 ................................................................ 23 ............................................................................. 24 ........................................................... 25 .............................................................................................................. 27 ................................................... 28 ....................................................................

1.6. Giới thiệu về hệ có cấu trúc spin van.

29 .................................................................

1.7. Mục tiêu của luận văn.

30 ............................................................................................

Chương 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM

1 ...............................................

2.1. Chế tạo màng mỏng bằng phương pháp phún xạ.

1 .............................................. 2.2.1. Cơ chế phún xạ. 1 .................................................................................................................. 2 .................................................................................................................. . Các hệ phún xạ. 2.1.2

2.2. Hiển vi điện tử quét (SEM).

7 ......................................................................................

2.3. Từ kế mẫu rung (VSM).

9 .............................................................................................

2.4. Phân tích nhiễu xạ tia X.

12 .........................................................................................

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

15 ................................................................

3.1. Màng mỏng NiFe.

15 ..................................................................................................... 3.1.1. Kết quả đo hiển vi điện tử quét (SEM). 15 ............................................................................ 16 ...................................................................................... 3.1.2. Kết quả đo nhiễu xạ tia X (XRD). 17 ................................................................................... 3.1.3. Kết quả đo từ kế mẫu rung (VSM).

3.2. Hệ vật liệu NiFe/IrMn.

18 ............................................................................................. 18 ..................................................................................................... 3.2.1. Kết quả đo tính chất từ.

3.2.2. Kết quả đo XRD.

21 ................................................................................................................

3.3. Hệ vật liệu NiFe/Cu/NiFe/IrMn.

3.3.1. Kết quả đo từ kế mẫu rung (VSM). 3.3.2. Ảnh hưởng của lớp ghim lên tính chất từ. 3.3.3. Ảnh hưởng của lớp phản sắt từ lên tính chất từ.

22 ............................................................................... 23 ................................................................................... 25 ....................................................................... 27 .............................................................

31 KẾT LUẬN ..............................................................................................................

32 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..........................................................................................

Ụ Ẽ DANH M C CÁC HÌNH V

Ả ỏ Hình 1.1: ắ ụ nh ch p c t ngang màng m ng đa ớ l p

Si/SiO2/Cu/IrMn/CoFeB/Ta/Cu/Au ...................................................................................................................................

ừ trúc đômen ậ trong v t ấ C u ệ li u ắ s t Hình 1.2: t ...................................................................................................................................

ườ ủ ễ ừ Đ ng cong ấ c a ch t ắ s t tr ừ Hình 1.3: t t ...................................................................................................................................

ừ ủ ậ ệ ả ắ ừ ồ ấ ố ạ g m 2 phân m ng đ i song nhau c a v t li u ph n s t t Hình 1.4: C u trúc t ...................................................................................................................................

ườ ừ ễ ủ ượ ủ ạ ạ Hình 1.5: Đ ng cong t tr c a CoO đ c ph các h t Co t i 77 K sau khi

ườ ợ ặ ướ ừ ườ đ ượ ủ c trong tr ng h p không có t ừ ườ tr ng đ t vào (1) và d tr i t ng bão

(2) hòa ................................................................................................................................

ế ơ ớ ổ trao đ i d ch trong màng hai l p FM/AFM ị Hình 1.6: C ch ................................................................................................................................

ể ệ ồ các góc tham gia vào h ổ trao đ i d ch ị Hình 1.7: Bi u đ ................................................................................................................................

ex và l c kháng t

ộ ủ ự ụ ườ ổ ị ự Hình 1.8: S ph thu c c a tr ng trao đ i d ch H H ừ c vào độ

80Ni20/FeMn

= 50 nm

AFM

ệ ớ l p FM cho h Fe ạ i t t dày ................................................................................................................................

ex và l c kháng t

ộ ủ ổ ị ụ ự ự ộ Hình 1.9: S ph thu c c a trao đ i d ch H H ớ ừ c vào đ dày l p

80Ni20/FeMn

ệ Fe = cho h 7 t t ạ i nm AFM ................................................................................................................................

ừ ệ ệ ứ ấ ổ ồ trong các c u trúc spin van ở đi n tr kh ng l Hình 1.10: Mô hình hi u ng t ................................................................................................................................

ặ ắ ắ ừ ủ ế ả ớ ớ Hình 1.11: M t c t ngang c a màng đa l p spin van v i liên k t ph n s t t ................................................................................................................................

ả ơ ạ ủ b n c a quá trình phún x lý c Hình 2.1: Nguyên ................................................................................................................................

ệ ạ ơ ồ nguyên lý c a h ề ộ catot m t chi u phún x đ ủ Hình 2.2: S ................................................................................................................................

ơ ồ ệ ạ ố t xoay chi u ề ...................................... Hình 2.3 : S đ nguyên lý h phún x cat ................................................................................................................................

ệ ạ ơ ồ ố th ng phún x nguyên magnetron đ Hình 2.4: S lý h ................................................................................................................................

ử ụ ệ ề ả ạ ồ ộ ồ Hình 2.5 : H phún x magnetron s d ng c ngu n m t chi u và ngu n xoay

ề ạ ệ ậ ậ ườ ạ ọ chi u t i khoa V t lý Kĩ thu t và Công ngh Nano – Tr ệ ng Đ i h c Công ngh

ạ ọ ộ ố Đ i h c Qu c gia Hà N i ................................................................................................................................

ệ ử ệ ử ơ ồ ể ể ố quét; (b) S đ kh i kính hi n vi đi n t quét Hình 2.6: (a) Kính hi n vi đi n t ................................................................................................................................

ừ ế ẫ ừ ế ẫ Hình 2.7: (a) Máy đo t k m u rung ( VSM); (b) Mô hình t k m u rung

................................................................................................................................

ơ ồ ấ ủ ệ ơ

Hình 2.8: S đ c u trúc c khí c a h VSM ................................................................................................................................ 27

ệ ượ ễ ạ ng nhi u x trên tinh th ể.........................................................30 Hình 2.9: Hi n t

ệ ễ ệ ễ ạ ạ X Hình 2.10: (a) H đo nhi u x tia X (XRD);(b) Mô hình h đo nhi u x tia ................................................................................................................................

Ả SEM màng 3.1: nh ủ c a NiFe Hình ................................................................................................................................

ủ ễ ạ ả tia X c a màng NiFe nh nhi u x Hình 3.2: Hình ................................................................................................................................

ườ ừ ễ ủ ặ Hình 3.3: Đ ng cong t tr c a màng NiFe v i t ớ ừ ườ tr ớ ng đ t vào song song v i

ề ặ m t ủ c a màng b ................................................................................................................................

ủ ệ ả ớ NiFe = 5 nm, 7 nm và 9 nm Hình 3.4: Hình nh VSM c a h NiFe/IrMn v i t ................................................................................................................................

ex vào chi u dày l p NiFe c a màng NiFe/IrMn

ự ụ ủ ủ ề ộ ớ Hình 3.5: S ph thu c c a H ................................................................................................................................

c vào chi u dày l p NiFe c a h NiFe/IrMn

ự ụ ủ ủ ệ ề ộ ớ Hình 3.6: S ph thu c c a H ................................................................................................................................

ủ ạ tia X c a các ễ Nhi u x ớ l p NiFe/IrMn Hình 3.7: ................................................................................................................................

ệ li u NiFe/Cu/NiFe/IrMn ấ C u h trúc ậ v t ệ Hình 3.8: ................................................................................................................................

ườ

ừ ễ ủ

ấ

tr c a c u trúc spin van NiFe (5 nm)/Cu (3 nm)/NiFe

ớ

NiFe = 3 nm, 5 nm, 7 nm và (b) tNiFe = 9 nm, 12 nm…

(tNiFe nm)/IrMn (10 nm) v i (a) t ................................................................................................................................

Hình 3.9: Đ ng cong t

Ả ưở ủ ớ ừ ủ ệ Hình 3.10: nh h ng c a l p NiFe lên mômen t c a h NiFe/Cu/NiFe/IrMn

ề ổ ớ khi chi u dày l p NiFe thay đ i ................................................................................................................................

ex vào chi u dày l p NiFe

ị ự ụ ủ ề ồ ớ ộ ph thu c c a H Hình 3.11 : Đ th s ................................................................................................................................

c vào chi u dày l p NiFe c a h NiFe (5 nm)/Cu

ộ ủ ụ ự ủ ệ ề ớ Hình 3.12 : S ph thu c c a H

nm)/IrMn nm)/NiF (10 nm) (tNiFe (3 ................................................................................................................................

Ả ưở ả ắ ừ ủ ớ ấ ừ ủ ệ ấ Hình 3.13: nh h ng c a l p ph n s t t lên tính ch t t c a h có c u trúc

spin van Ta (5 nm)/NiFe (5 nm)/Cu (3 nm)/NiFe (9 nm)/IrMn (t IrMn nm)/Ta (5 nm) ................................................................................................................................

ex vào

ộ ủ ự ụ ự ổ ị Hình 3.14: S ph thu c c a l c kháng t H ừ ườ tr ng trao đ i d ch H ừ c và t

ủ ề ệ ớ chi u dày l p IrMn c a h Ta (5 nm)/NiFe (5 nm)/Cu (3 nm)/NiFe (9 nm)/IrMn

nm)/Ta (5 nm) (tIrMn ................................................................................................................................

Ụ Ắ Ế Ệ DANH M C CÁC KÍ HI U VI T T T

ệ Kí hi uệ ế Tên ti ng Anh ế Tên ti ng Vi t

ả ắ ừ ậ ệ Antiferromagnetic material V t li u ph n s t t AFM

ậ ệ ắ ừ Ferromagnetic material V t li u s t t FM

ừ ở ổ ồ Giant Magnetoresistive effect ệ ứ Hi u ng t tr kh ng l GMR

ậ ệ ừ Non – magnetic material V t li u phi t NM

ệ ử ể Scanning Electron Microscopy Hi n vi đi n t quét SEM

ừ ế ẫ Vibrating Sample Magnetometer T k m u rung VSM

ễ ạ X – ray diffraction Nhi u x tia X XRD

M Đ UỞ Ầ

ờ ạ ệ ạ ọ ỹ ế ị ậ Trong th i đ i khoa h c k thu t hi n đ i, các máy móc và thi t b có xu

ướ ạ ộ ư ấ ả ướ h ỏ ng thu nh kích th c nh ng các tính ch t và kh năng ho t đ ng không b ị

ờ ệ ử ụ ư ế ệ ệ ở ạ ỏ ạ h n ch nh vi c s d ng các tính năng u vi ặ t, đ c bi t là d ng màng m ng.

ư ử ể ấ ờ ỏ ị ườ L ch s phát tri n màng m ng đã có r t lâu đ i nh ng khi đó ng i ta ch ỉ

ế ử ụ ế ỉ ụ ụ ầ bi t s d ng nó vào m c đích dân d ng và trang trí. Sang đ u th k XX, màng

ắ ầ ượ ỏ ấ ặ ờ ệ ướ m ng b t đ u đ c quan tâm nh các tính ch t đ c bi t và kích th ỏ c nh bé đ ể

ế ạ ế ị ẫ ỉ ượ ch t o các thi t b máy móc. Không ch có màng bán d n đ ặ c quan tâm đ c

ệ ỏ ừ ấ ượ ữ bi t, mà màng m ng t tính cũng đang r t đ ố c quan tâm. Trong nh ng năm cu i

ế ỉ ỏ ừ ứ ủ ụ ề ở th k XX, màng m ng t tính đã tr thành m c tiêu nghiên c u c a nhi u phòng

ế ớ ệ ệ ấ ỏ ớ thí nghi m trên th gi ặ i, đ c bi ớ t là màng m ng đa l p có c u trúc spin van…v i

ề ứ ụ ươ ụ ứ ữ ể ộ nhi u ng d ng khác nhau trong t ng lai. M t trong nh ng ng d ng đi n hình

ế ạ ế ị ừ ư đó là ch t o thi t b ghi t ữ và l u tr thông tin.

ế ỷ ữ ậ ố ỏ Ở ệ Vi t Nam vào năm cu i nh ng th p niên 90 th k XX, màng m ng đã

ở ự ấ ượ ề ớ tr thành lĩnh v c r t đ ứ c quan tâm chú ý. V i nhi u trung tâm nghiên c u,

ế ị ụ ụ ứ ệ ệ ạ ỏ ề nhi u thi t b máy móc hi n đ i ph c v cho vi c nghiên c u màng m ng đ ượ c

ị ượ ể ặ ữ ế ệ ỏ trang b và cũng đã thu đ ả c nh ng k t qu đáng k , đ c bi t là màng m ng đa

ấ ớ l p có c u trúc spin van.

ơ ở ố ượ ữ ề ậ ọ Trên c s nh ng đi u nói trên, lu n văn này ch n đ i t ứ ng nghiên c u

ấ ỏ ớ ượ là màng m ng đa l p có c u trúc spin – van Ta/NiFe/Cu/NiFe/IrMn/Ta đ c ch ế

ươ ạ ằ ạ t o b ng ph ng pháp phún x cat ốt.

ủ ầ ậ ồ Lu n văn c a em g m 3 ph n chính:

ươ ề ổ ỏ ừ Ch ng 1: T ng quan v màng m ng t tính.

ươ ươ ệ Ch ng 2: Các ph ự ng pháp th c nghi m.

ươ ế ậ ả Ch ả ng 3: K t qu và th o lu n.

ươ Ổ Ỏ Ừ Ề Ch ng 1: T NG QUAN V MÀNG M NG T TÍNH

1.1. Màng m ng.ỏ

ậ ệ ượ ề ớ ỏ ế ạ ộ Màng m ng (thin film) là m t hay nhi u l p v t li u đ c ch t o sao cho

ỏ ơ ấ ề ề ề ớ ạ ề ộ ề chi u dày nh h n r t nhi u so v i các chi u còn l i (chi u r ng và chi u dài).

ổ ừ ủ ề ộ ỏ ộ Chi u dày c a m t màng m ng thay đ i t ế vài nm đ n m t vài μm thông th ngườ

ỏ ỏ ơ là nh h n 1 ạ μm. Có hai lo i màng m ng:

ơ ớ ượ ấ ạ ộ ớ ế ạ ở ỏ (cid:0) Màng đ n l p: đ ộ ậ ệ c c u t o b i m t l p v t li u m ng ch t o trên m t

ấ ủ ượ ạ ừ ớ ậ ệ ể ả ưở ế đ . Tính ch t c a màng đ c t o ra t l p v t li u đó (và có th nh h ở ng b i

ủ ớ ế ộ tác đ ng c a l p đ ).

ớ ỏ ề ớ (cid:0) Màng đa l p: là màng m ng đ ượ ấ ạ ừ c c u t o t ậ ệ nhi u l p v t li u khác nhau,

ồ ượ ạ ấ ủ ằ ổ ỏ ế x p ch ng lên nhau, đ c t o ra nh m thay đ i các tính ch t c a màng m ng.

ụ ắ ấ ả ủ ỏ ộ ớ Hình 1.1 cho ta th y nh ch p c t ngang c a m t màng m ng đa l p.

ụ ắ Ả ỏ ớ Hình 1.1: nh ch p c t ngang màng m ng đa l p

Si/SiO2/Cu/IrMn/CoFeB/Ta/Cu/Au.

ẽ ủ ứ ự ệ ạ ỏ ộ Hi n nay, màng m ng đang là m t lĩnh v c nghiên c u m nh m c a khoa

ệ ậ ệ ấ ắ ứ ụ ề ậ ả ớ ớ ọ h c và công ngh v t li u, v t lý ch t r n…v i nhi u kh năng ng d ng to l n

ờ ố ả ấ trong đ i s ng hàng ngày, trong s n xu t… [7,16, 20].

ị ướ 1.2. D h ng t ừ .

ể ừ ừ ộ ộ ị ướ ư Trong tinh th , mômen t (hay t đ ) luôn có m t đ nh h ọ ng u tiên d c

ộ ướ ệ ượ ủ ọ ị ướ ừ theo m t h ể ng nào đó c a tinh th . Ta g i đó là hi n t ng d h ng t . Nói

ị ướ ừ ụ ự ộ ướ ấ ừ ủ ủ cách khác, d h ng t là s ph thu c có h ng c a các tính ch t t ậ c a v t

ệ ừ ướ ấ ễ ạ ượ ư ạ li u. Khi t hóa theo h ng u tiên đó r t d đ t đ c tr ng thái bão hòa nên

ượ ễ ừ ụ ọ ừ ướ ướ h ng đó đ c g i là tr c d t hóa. Ng ượ ạ c l i, khi t hóa theo h ng khác,

ạ ượ ạ ấ ướ ụ ừ tr ng thái bão hòa r t khó mà đ t đ c. Các h ng này là các tr c t hóa khó [1].

ị ướ ạ 1.2.1. D h ng hình d ng.

ị ướ ủ ẫ ạ 1.2.1.1. D h ng hình d ng c a m u elip tròn xoay.

ị ướ ụ ướ ủ ẫ ạ D h ộ ng này ph thu c vào kích th c và hình d ng c a m u. D h ị ướ ng

ể ượ ạ ự ề ả ộ ơ ị hình d ng có th đ c đ nh nghĩa m t cách đ n gi n là s khác nhau v năng

ừ ẫ ắ ừ ấ ủ ề ề ắ ấ ượ l ng khi t hóa theo chi u dài nh t và chi u ng n nh t c a m u s t t ụ . Ví d ,

ụ ẫ ộ ượ ừ ươ ớ ụ m t m u hình tr có năng l ng tĩnh t theo ph ng vuông góc v i tr c hình tr ụ

ơ ớ ượ ừ ọ ụ ụ ừ ớ l n h n so v i năng l ng tĩnh t d c theo tr c hình tr . Đó là vì khi t hóa theo

ươ ườ ử ừ ấ ớ ừ ươ ph ng vuông góc, tr ng kh t r t l n; còn khi t hóa theo ph ng song song

ườ ử ừ ỏ ơ ấ ề ừ ộ ướ ụ ọ tr ng kh t nh h n r t nhi u. Do đó, t đ có xu h ng d c theo tr c hình

ụ ề ả ượ ừ tr đ gi m năng l ng tĩnh t [1].

ẫ ắ ừ ố ớ ụ ớ ộ Đ i v i m t m u s t t hình elip tròn xoay v i các bán tr c là a và b, hệ

a + Nb = 1) N u véc t

ứ ế ố ườ s tr ng kh t ử ừ ươ t ng ng s là ẽ Na và Nb (v i 2Nớ ơ ừ ộ đ t

ớ ụ ễ ộ ợ ượ ị ướ ạ M h p v i tr c d m t góc θ thì năng l ng d h ng hình d ng E ậ hd nh n đ ượ c

là :

2 M N (

q 2 ) sin

1 2

[J/m3] (1.1) -

ố ị ướ ằ ạ H ng s d h ng hình d ng [1] :

2 M N (

)

1 m= 2

[J/m3] (1.2) -

ị ướ ạ ỏ 1.2.1.2. D h ủ ng hình d ng c a màng m ng.

ườ ợ ủ ắ ừ ộ ỏ ấ ộ ỏ Trong tr ng h p c a m t màng m ng s t t có đ dày r t nh , các h s ệ ố

ườ ử ừ ậ ụ ứ ể ớ tr ng kh t nh n giá tr ị : Nz = 1 ; Nx = Ny = 0. Áp d ng bi u th c (1.1) v i N

= Nz = 1 ; Nb = Nx = 0, ta có:

q 2 sin

1 2

[J/m3] (1.3)

ớ ệ ố ị ướ V i h s d h ạ ng hình d ng là [1]:

1 Mm= 2

[J/m3] (1.4)

ị ướ ừ 1.2.2. D h ng t ể tinh th .

ị ướ ừ ể ượ ế ủ ỉ ở ị D h ng t tinh th đ c xác đ nh không ch b i liên k t c a mômen t ừ

ạ ớ ị ướ ệ ử ủ ế spin v i hình d ng và đ nh h ỹ ạ ng c a qu đ o đi n t ỹ ạ (liên k t spin – qu đ o)

ế ủ ỹ ạ ệ ử ở ớ ố ứ mà còn b i liên k t c a các qu đ o đi n t ủ ự ắ đang xét v i đ i x ng c a s s p

ử ể ườ ạ ể ế x p các nguyên t trong m ng tinh th (tr ng tinh th ) [1].

ườ ế ự ố ứ ố ệ ể ấ ế N u tr ủ ng tinh th có đ i x ng th p và n u s phân b đi n tích c a

ử ấ ố ứ ỹ ạ ủ nguyên t đang xét là b t đ i x ng, khi đó, các qu đ o c a nguyên t ử ẽ ươ ng s t

ị ướ ộ ớ ườ ể ườ tác m t cách d h ng v i tr ộ ng tinh th . Nói m t cách khác, khi tr ng tinh

ố ứ ể ế ộ ươ ệ ử ớ ườ ấ th có đ i x ng th p, h p th năng t ủ ng tác c a đi n t v i tr ng tinh th ể

ố ứ ỹ ạ ỉ ộ ấ ử cũng có đ i x ng th p. Do đó, ch m t vài qu đ o nguyên t ị có đ nh h ướ ng

ấ ị ẽ ợ ề ặ ượ nh t đ nh s có l i v m t năng l ng [1].

ị ướ ứ ấ 1.2.3. D h ng ng su t.

ị ướ ứ ậ ệ ừ ả ở ứ ấ ấ D h ng ng su t gây nên b i ng su t trong các v t li u t ị gi o. D

ị ướ ể ấ ừ ổ ặ ộ ệ ướ ứ h ng ng su t có đóng góp đáng k vào d h ng t t ng c ng, đ c bi t trong

ườ ợ ủ ỏ ừ ượ ị ướ ứ ấ ượ ế các tr ng h p c a màng m ng t . Năng l ng d h ng ng su t đ c vi t:

= -

q sin

u s

3 2

[J/m3] (1.5)

trong đó:

ệ ố ừ ả + λs: h s t gi o bão hòa.

2).

ứ ấ + σ: ng su t (N/m

ữ ơ ụ ễ ừ + θ: góc gi a véc t M và tr c d t hóa.

ứ ệ ề ặ ấ ấ ộ Tùy thu c vào d u c a ủ λs và σ ( ng su t kéo ho c nén), đi u ki n c c ự

u sE s cho phép xác đ nh ph

ẽ ị ươ ụ ừ ủ ứ ễ ấ ể ủ ti u c a ng c a tr c t hóa d do ng su t gây nên

[1].

ị ướ ừ 1.2.4. D h ng t trong màng m n ỏ g.

ị ướ ừ ủ ấ ấ ỏ ọ D h ng t c a các màng m ng có ý nghĩa r t quan tr ng, nh t là các

ườ ị ướ ừ ể ứ ụ ẳ ặ ớ tr ợ ng h p d h ng t vuông góc v i m t ph ng màng, đ ng d ng trong k ỹ

ậ ộ ệ ngh ghi thông tin m t đ cao [1].

ườ ị ướ ợ ỏ ừ ườ ố ớ Đ i v i tr ng h p màng m ng, d h ng t ạ hình d ng th ng có xu

ướ ừ ươ ể ặ ượ ướ h ị ng đ nh h ng các mômen t theo ph ẳ ng m t ph ng đ năng l ng tĩnh t ừ

ố ư t i u.

ượ ị ướ ừ ủ ỏ ườ ượ Năng l ng d h ng t c a các màng m ng th ng đ c vi ế ướ i t d

= -

d ng:ạ

cos

(cid:0) (1.6)

ữ ừ ộ ươ ủ ế ị trong đó, θ là góc gi a t đ và ph ng pháp tuy n c a màng. Theo đ nh nghĩa

ị ươ ủ ươ ớ này, giá tr d ng c a K có nghĩa là t ừ ộ ướ đ h ng theo ph ặ ng vuông góc v i m t

ề ấ ẳ ườ ị ướ ph ng màng. Nói chung, trong r t nhi u tr ợ ng h p, d h ng t ừ ề ặ ượ c b m t đ

ơ ổ ế quan sát ph bi n h n [1].

ị ướ ồ ừ ủ ỏ Có hai ngu n đóng góp chính vào d h ng t c a các màng m ng, đó là d ị

v) và d h

s) . Hai lo i d h

ừ ể ị ướ ừ ề ặ ạ ị ướ ướ h ng t th tích (K ng t b m t (K ng này có th ể

ệ ứ ừ ệ ượ ừ ự ệ ự ỏ tách ra kh i hi u ng t ụ hi u d ng đo đ th c nghi m K c t ể eff d a vào bi u

ứ th c sau:

e ff

K t / s

(1.7)

ủ ứ ệ ể ề ấ ừ ố trong đó, t là chi u dày c a màng, th a s 2 xu t hi n trong bi u th c này là do

ỗ ớ ắ ừ ẽ ồ ị ề ặ ớ ụ m i l p s t t ằ có hai l p b m t. B ng cách v đ th t.K ộ eff ph thu c vào t, K

ị ừ ệ ố ủ ườ ẳ ẽ ượ s đ c xác đ nh t h s góc c a đ ng th ng và 2K ể s là giao đi m c a đ ủ ườ ng

ẳ ớ ụ th ng v i tr c tung [1].

1.3. Các v t li u s t t ậ ệ ắ ừ .

ư ừ ế ế ư ạ ộ T ngày x a, s t t ắ ừ ượ đ c bi t đ n nh là m t kim lo i (Fe) và lodston

ộ ừ ư ủ ắ ừ ượ ử ụ ể ự (Fe3O4). D a vào đ t d c a s t t mà chúng đ c s d ng đ làm la bàn hay

ạ ắ ừ ượ ề ấ ế ế ư kim la bàn. Ngày nay, có r t nhi u lo i s t t đ c bi ạ t đ n nh trong kim lo i,

ạ ớ ỉ ậ ệ ắ ạ ợ h p kim và oxit. Tuy nhiên, ch có ba lo i kim lo i có phân l p 3d là v t li u s t

ệ ộ ừ ở t nhi t đ phòng (Fe, Co, Ni) [2].

ậ ệ ắ ừ ượ ế ế ấ ừ ấ V t li u s t t đ c bi ộ t đ n là m t ch t có t ạ tính r t m nh, có đ t ộ ừ

ộ ừ ẩ ộ ừ ớ ơ ậ ừ ủ ấ ấ ắ ừ ấ ớ th m r t l n và đ t hóa l n h n đ t hóa c a ch t thu n t . Ch t s t t có

ữ ừ ử ươ ươ nh ng mômen t nguyên t ả có kh năng t ớ ng tác v i nhau. T ẫ ng tác này d n

ệ ậ ỗ ệ ế đ n vi c hình thành trong lòng v t li u các vùng đômen mà trong m i vùng

ừ ắ ế ạ đômen này, các mômen t s p x p hoàn toàn song song nhau t o thành t ừ ộ ự đ t

ồ ạ ộ ừ ả phát (có nghĩa là t n t i đ t hóa ngay c khi không có t ừ ườ tr ng ngoài). Và khi

ượ ệ ừ không có t ừ ườ tr ng ngoài, do năng l ng nhi t làm cho các mômen t trong các

ố ắ ộ ừ ậ ỗ ộ ổ ủ ế đômen trong toàn kh i s p x p h n đ n, do v y, t ng đ t ố hóa c a toàn kh i

ằ ẫ v n b ng 0.

ậ ệ ắ ừ ấ Hình 1.2: C u trúc đômen trong v t li u s t t

ể ả ệ ể ượ ừ ườ Vi c hình thành đômen là đ gi m thi u năng l ng t do tr ng kh t ử ừ

ượ ẽ ớ ườ ứ ừ ủ ộ ỗ ứ gây ra. T c là, năng l ơ ng s l n h n khi các đ ng s c t c a m i m t đômen

ấ ắ ừ ằ ế ườ ứ ượ ẫ v n còn n m bên ngoài ch t s t t . Tuy nhiên, n u các đ ng s c này đ c đóng

ự ắ ư ủ ế ẽ ợ kín do s s p x p h p lý c a các đômen nh trên hình 1.2 thì s có l ợ ề ặ i v m t

ượ ủ ị ướ ự ạ ộ ừ năng l ng. M t lý do khác là do s c nh tranh c a d h ng t ể tinh th (làm cho

ừ ị ướ ụ ể ươ ổ mômen t đ nh h ễ ng theo tr c d tinh th ) và t ng tác trao đ i (làm cho

ừ ị ướ ớ ế ừ ộ ủ ẫ ộ mômen t đ nh h ng song song v i nhau) ố ắ đ c a toàn b kh i s t d n đ n t

ữ ừ ự ợ ề ặ ừ ị t b phân chia thành nh ng đômen (vùng) t hóa t ể phát đ có l i v m t năng

ượ l ng.

ừ ượ ể ệ ự ị ậ ị Quá trình t hóa đ ấ c th hi n thông qua s d ch vách thu n ngh ch và b t

ậ ị ấ ậ ỏ ị thu n ngh ch ( ở ừ ườ tr t ậ ng nh ) và quá trình quay thu n ngh ch và b t thu n

ủ ị ư ế ớ ngh ch c a đômen (trong t ừ ườ tr ng l n) nh sau: N u ta đ t t ặ ừ ườ tr ng ngoài vào

ệ ượ ậ ệ ẽ v t li u s có hai hi n t ả ng x y ra:

ầ ủ ự ớ ừ ươ ủ ừ ườ + S l n d n c a các đômen t theo ph ng c a t tr ầ ả ng và gi m d n

ượ ề ươ ị đômen ng c chi u theo ph ng c a t ủ ừ ườ tr ng (d ch vách đômen).

ự ừ ướ ủ + S quay c a các đômen t theo h ng c a t ủ ừ ườ tr ng.

ườ ừ ễ ủ Hình 1.3: Đ ng cong t tr c a ch t s t t ấ ắ ừ .

ầ ừ ườ ứ ủ ớ ệ ượ ẽ ế Khi tăng d n t tr ng đ n m c đ l n, ta s có hi n t ng bão hòa t ừ ,

ấ ả ừ ắ ậ ệ ế ớ lúc đó, t t c các đômen t ề ặ s p x p song song v i nhau và trong v t li u, v m t

ưở ế ấ ộ ỉ lý t ng ch có m t đômen duy nh t. N u ta ng t t ắ ừ ườ tr ng, các mômen t ừ ẽ ạ i s l

ướ ỗ ộ ệ ạ ạ có xu h ng h n đ n do thăng giáng nhi t và l i t o thành các đômen. Tuy nhiên,

ẫ ươ ả ớ ề các đômen này v n còn t ng tác v i nhau. Khi ta gi m t ừ ườ tr ổ ng v 0, t ng

ừ ư ả ằ ố mômen t ầ trong toàn kh i gi m d n nh ng không b ng 0 ở ừ ườ tr t ằ ng b ng 0.

ừ ộ ằ ử ừ ạ ọ ạ Khi t đ b ng 0, ta g i đó là tr ng thái kh t , giá tr t ị ừ ườ tr ng t i đó đ ượ ọ c g i

ự ừ ế ừ ườ ừ ộ ế ụ ả ừ ề ị là l c kháng t . N u t tr ng càng âm thì t đ ti p t c gi m t giá tr 0 v giá

ị ế ụ ế ụ ế ị ư tr bão hòa âm. Giá tr ti p t c nh trên n u ta ti p t c tăng giá tr t ị ừ ườ tr ề ng v 0

ề ồ ị ươ ổ ệ ượ ủ ề ạ và đ i chi u r i tăng giá tr d ng c a nó. Đi u này t o thành hi n t ng tr ễ

ủ ậ ệ ắ ừ ư c a v t li u s t t nh hình 1.3.

ấ ắ ừ ấ ủ ơ ả ư ặ ọ Hai đ c tr ng c b n quan tr ng nh t c a ch t s t t là:

ườ + Đ ng cong t ừ ễ tr .

ệ ộ + Nhi t đ Curie T

c trong các ch t s t t

ệ ộ ấ ắ ừ ệ ộ Nhi t đ Curie T là nhi ể t đ chuy n pha s t t ắ ừ

ậ ừ ổ ề ấ ự ể ể ạ thu n t ạ (chuy n pha lo i 2 – chuy n pha không có s thay đ i v c u trúc). T i

ệ ộ nhi t đ này, ch t s t t ấ ắ ừ ị ấ ậ ự ắ ừ b m t tr t t s t t song song. Ở ướ d i nhi ệ ộ c, v tậ t đ T

ấ ắ ừ ở ệ ắ ừ li u mang tính ch t s t t ; trên nhi ậ ệ ẽ ị ấ ệ ộ c v t li u s b m t tính s t t t đ T và tr ở

ậ ừ ấ thành ch t thu n t [1, 2].

ả ắ ừ ấ 1.4. Các ch t ph n s t t (AFM).

ủ ậ ệ ả ắ ừ ể ặ 1.4.1. Đ c đi m c a v t li u ph n s t t .

ả ắ ừ ậ ệ ừ ử ạ ế ắ V t li u ph n s t t có mômen t nguyên t ố c nh tranh nhau s p x p đ i

ượ ứ ừ ề ộ song (song song và ng ậ ệ c chi u) t ng đôi m t (hình 1.4). T c là, trong v t li u

ả ắ ừ ồ ạ ấ ạ ừ ẽ ừ ph n s t t , t n t i hai phân m ng có c u trúc t xem k nhau. Mômen t trong

ư ế ắ ạ ỗ ớ ượ ề m i phân m ng s p x p song song v i nhau nh ng ng ớ c chi u v i mômen t ừ

ệ ố ằ ừ ộ ủ ạ ạ ỗ ị ủ c a phân m ng kia.T đ c a m i phân m ng có giá tr tuy t đ i b ng nhau

ư ệ ở ạ ơ ả ở ệ ố ộ nh ng tri t tiêu nhau. Do đó, tr ng thái c b n, không đ tuy t đ i (0 K) và

ườ ợ ừ ườ ộ ừ ấ ộ ổ trong tr ng h p t tr ằ ng ngoài b ng 0, đ t ả ắ ủ hóa t ng c ng c a ch t ph n s t

ừ ằ t b ng 0 (hình 1.4).

ấ ừ ủ ậ ệ ả ắ ừ ồ ạ ố Hình 1.4: C u trúc t c a v t li u ph n s t t g m 2 phân m ng đ i song nhau.

ườ ả ạ ệ ộ ấ ị Thông th ng, tr ng thái ph n s t t ắ ừ ồ ạ ở t n t i nhi t đ th p và b tri ệ t

ở ệ ộ ằ ơ ộ ệ ộ ọ ị ệ ộ tiêu nhi ặ ớ t đ b ng ho c l n h n m t nhi t đ xác đ nh g i là nhi t đ Néel –

T T>

ệ ộ ể ừ ả ắ ừ ượ ặ nhi t đ chuy n pha t ph n s t t sang thu n t ậ ừ N – đ (T c đ t tên theo Louis

ự ắ ừ ở ậ ệ ạ ỗ ở Néel). Khi ế thì s s p x p mômen t tr nên h n lo n, v t li u tr thành

ậ ừ ư ườ ậ ự ậ ừ ủ thu n t , nh tr ợ ủ ng h p c a tr t t thu n t c a ch t s t t ấ ắ ừ .

ậ ệ ả ấ ủ ữ ệ ấ ợ V t li u ph n s t t ắ ừ ườ th ạ ng xu t hi n gi a các h p ch t c a kim lo i

ể ặ ệ ụ ư ạ ợ ế chuy n ti p, đ c bi t là ôxit. Ví d nh : hematit, kim lo i Cr, h p kim FeMg,

ôxit NiO [1,2].

ế ườ ử ủ ớ 1.4.2. Lý thuy t tr ng phân t c a l p ph n s t t ả ắ ừ .

ộ ộ ả ự ụ ệ ộ S ph thu c đ c m t ừ χ vào nhi ậ ệ t đ T trong v t li u ph n s t t ả ắ ừ ượ c đ

ở ư ặ đ c tr ng b i:

NT ) ng v i m t đ nh trên đ

T T<

ự ồ ạ ủ ệ ộ ộ ỉ ứ ớ ườ + S t n t i c a nhi t đ Néel ( ng χ(T).

ự ị ướ ị + S d h ng c a ủ χ khi : χ có giá tr khác nhau tùy theo t ừ ườ tr ng H

ể ậ ệ ớ ụ ộ ơ ủ song song hay vuông góc v i tr c spin c a m t đ n tinh th v t li u ph n s t t ả ắ ừ .

T T>

ậ ệ ữ ể ị Giá tr ị ị cho v t li u đa tinh th là giá tr trung gian gi a các giá tr trên [2].

ự ụ ộ ươ ự ư ị ậ Khi , s ph thu c vào nhi ệ ộ ủ χ t t đ c a ng t nh đ nh lu t Curie

– Weiss cho vùng thu n t ậ ừ ủ ậ ệ ắ ừ : c a v t li u s t t

c =

c T Tc

, trong đó Tc < 0 (1.8) -

ể ượ ể ặ ả ế ở ườ Các đ c đi m này có th đ c gi i thích b i lý thuy t tr ng phân t ử .

ả ắ ừ ậ ệ ỗ ạ ứ ế ạ ắ ố ị Trong v t li u ph n s t t , có 2 lo i ch m ng ch a các spin s p x p đ i ngh ch

ừ ạ ọ nhau (g i là 2 phân m ng t ) [2].

ớ ệ ề ệ ượ ổ ị . 1.5. Gi i thi u v hi n t ng trao đ i d ch

ệ ượ ổ ấ ẳ ổ ị ướ ệ ượ Hi n t ng trao đ i d ch (hay trao đ i b t đ ng h ng) là hi n t ng v s ề ự

ườ ừ ễ ọ ụ ừ ườ ườ ệ ấ ị d ch đ ng cong t tr d c theo tr c t tr ng, th ậ ng xu t hi n trong các v t

ệ ừ li u t ớ đa l p.

ệ ượ ượ ệ Hi n t ng này đ ở c phát hi n vào năm 1956 b i Meiklejohn và Bean khi h ọ

ườ ừ ễ ủ ệ ạ ị ị đo đ ng cong t ề ặ tr c a h các h t m n trên b m t Co (10 – 100 nm) đã b ôxy

ầ ộ ượ ạ ướ hóa m t ph n và đ c làm l nh trong t ừ ườ tr ố ng xu ng d i nhi ệ ộ N ( nhi t đ T tệ

ể ạ ế ả ườ ừ ễ ị ề ị ộ đ Néel) đ t o thành CoO. K t qu là tâm đ ng cong t tr b d ch v phía t ừ

ườ ườ ườ ừ ễ ủ ớ ẽ ố ứ ư tr ng âm. Thông th ng, đ ng cong t tr c a l p Co s đ i x ng, nh ng do

ự ươ ớ ườ ừ ễ ị ể ị ướ có s t ng tác v i CoO nên đ ng cong t tr b d ch chuy n theo h ủ ng c a

ệ ặ ừ ườ t tr ng đ t vào h đó.

ệ ượ ệ ượ ề ệ Hi n nay, hi n t ng này đ ứ c quan sát trong nhi u h khác nhau có ch a

ắ ừ ặ ẳ ắ ừ ả ế m t ph ng phân cách s t t /ph n s t t ệ ứ (FM/AFM). Hi u ng này là k t qu ả

ạ ắ ừ ề ặ ư ệ ặ ớ ươ t ng tác b m t trong h FM/AFM nh màng hai l p ho c h t s t t ạ kim lo i

ỏ ớ có l p v ôxit AFM [14].

ồ ố ủ ệ ứ ổ ị 1.5.1. Ngu n g c c a hi u ng trao đ i d ch.

ị ướ ự ấ ụ ẫ ơ ượ ệ ủ S xu t hi n c a tính d h ng đ n tr c nên sau khi m u đ ạ c làm l nh

ộ ừ ườ ộ ườ ầ ị ị trong m t t tr ng, m t đ ng cong t ừ ễ tr ớ ể đã b d ch chuy n. Đ u tiên, l p

ủ ạ ượ ạ ừ ệ ộ ế CoO ph các h t Co đ c làm l nh t nhi t đ phòng đ n 77 K mà không có s ự

ủ ừ ườ ấ ẫ ượ ạ ớ ệ xu t hi n c a t tr ng ngoài. c làm l nh t i 77 K trong m t t ộ ừ Khi m u đ

ườ ườ ừ ễ ở ị tr ạ ng m nh (t ừ ườ tr ạ ng l nh), đ ng cong t tr (2) ể ị hình 1.5 b d ch chuy n

ệ ụ ọ sang trái d c theo tr c t ụ ừ ườ tr ng hi u d ng [15].

ườ ừ ễ ủ ượ ủ ạ ạ Hình 1.5: Đ ng cong t tr c a Co đ c ph các h t CoO t i 77 K sau khi

ườ ợ ặ ướ ừ ườ đ ượ ủ c trong tr ng h p không có t ừ ườ tr ng đ t vào (1) và d tr i t ng bão

hòa (2).

ị ủ ộ ị ể ượ ả ằ Giá tr c a đ d ch chuy n này đ c tính b ng kho ng cách t ừ ố ọ ộ g c t a đ

ex). Cùng

ủ ườ ượ ổ ị ế đ n trung tâm c a vòng, th ng đ ọ c g i là t ừ ườ tr ng trao đ i d ch (H

ể ủ ườ ừ ễ ị ủ ự ự ớ ự ị v i s d ch chuy n c a đ ng cong t tr là s tăng giá tr c a l c kháng t ừ c. H

ể ấ ộ ộ ủ ườ ừ ễ ớ ườ ớ ơ Ta có th th y đ r ng c a đ ng cong t tr (2) l n h n so v i đ ng (1) (hình

ả ủ ươ ữ ậ ệ ệ 1.5). Đó là h qu c a t ng tác gi a v t li u FM và AFM [9,14].

ệ ượ ườ ừ ễ 1.5.2. Hi n t ị ng d ch đ ng t ệ tr trong h FM/AFM.

ị ướ ệ ượ ơ ể ượ ể ộ D h ụ ng đ n tr c và hi n t ổ ị ng trao đ i d ch có th đ c hi u m t cách

ộ ươ ằ ổ ạ ẳ ặ ị đ nh tính b ng cách đánh giá m t t ng tác trao đ i t i m t ph ng phân cách

ủ ể ả ộ ơ ệ ứ FM/AFM. Chúng ta có th xem hình 1.6 – m t mô hình đ n gi n c a hi u ng

ổ ị ể ả ệ ượ trao đ i d ch đ gi i thích hi n t ể ấ ng này. Nhìn vào hình, chúng ta có th th y,

ể ườ ươ ứ ạ ớ ươ các đi m 2, 3, 4 trên đ ng cong t ng ng v i 3 tr ng thái t ề ặ ng tác b m t

< <

ủ c a FM/AFM.

T T c

ượ ặ Khi m t t ộ ừ ườ tr ng đ c đ t vào trong vùng nhi , các spin ệ ộ N T t đ

ắ ướ ế ắ ộ ế FM s p x p cùng h ng v i t ớ ừ ườ tr ng trong khi các spin AFM s p x p m t cách

ạ ỗ h n lo n ( Hình 1.6 a).

ơ ế ổ ị ớ Hình 1.6: C ch trao đ i d ch trong màng hai l p FM/AFM.

ệ ạ ố ướ Khi làm l nh h trong t ừ ườ tr ng H xu ng d i nhi t đ t đệ ộ ệ ộ NT , nhi

ừ ậ ừ ả ắ ừ ỏ ơ ấ ề ớ ể chuy n pha t thu n t sang ph n s t t (nh h n r t nhi u so v i nhi ệ ộ cT t đ

ậ ự ế ề ắ ả ầ ủ c a FM) thì c hai ph n FM và AFM đ u có spin s p x p theo tr t t : FM có

ể ạ ủ ế ế ả ắ ắ spin s p x p song song còn spin c a AFM s p x p ph n song song đ t o ra s ự

ừ ự ươ ạ ặ ẳ không t (hình 1.6 b) (do s t ng tác t i m t ph ng phân cách FM/AFM)

[5,13,14].

ắ ầ ị ả ề ẳ ặ Khi t ừ ườ tr ng b đ o chi u, các spin trong m t ph ng FM b t đ u quay.

ị ướ ủ ẳ ặ ớ Tuy nhiên, do tính d h ẫ ng c a AFM l n, các spin trong m t ph ng AFM v n

ự ươ ổ ề ặ ữ không thay đ i (hình 1.6 c). Do đó, s t ng tác b m t gi a các spin FM/AFM

ặ ẳ ặ ẳ ố ị ạ t i m t ph ng phân cách đã c ghim các spin trong m t ph ng FM đ nh h ướ ng

ặ ẳ ạ ư ậ ẳ ặ theo các spin trong m t ph ng AFM t i m t ph ng phân cách. Nh v y, t ừ

ườ ế ể ả ộ ớ ẽ ớ ế ế ề ơ tr ầ ng c n thi t đ đ o chi u hoàn toàn m t l p FM s l n h n n u nó ti p xúc

ộ ị ầ ủ ớ ớ v i l p AFM. Tuy nhiên, m t khi t ừ ườ tr ng b quay tr l ở ạ ướ i h ng ban đ u c a nó

ẽ ắ ầ ạ ỏ ơ ự ươ thì các spin FM s b t đ u quay t i m t t ộ ừ ườ tr ng nh h n, do s t ớ ng tác v i

ả ườ ế ề ể ị ị các spin AFM (hình 1.6 e). K t qu , đ ủ ng cong b d ch chuy n v bên trái c a

ườ ụ ệ ả ộ ế ủ tr c t ụ ừ r t ng hi u d ng H m t kho ng H ệ ứ ơ ex. Đây chính là c ch c a hi u ng

ổ ị trao đ i d ch. [6,11,14,17,21].

1.5.3. Mô hình lý thuy t.ế

ấ ủ ươ ừ ệ ề ặ T vi c phân tích tính ch t c a t ng tác b m t FM/AFM, năng l ượ ng

= -

ị ề ặ ượ ế ươ t ộ ơ ng tác trên m t đ n v b m t đ c vi ư t nh sau:

HM t

b J

q cos(

) K

b 2 sin (

) K

a 2 sin (

)

a cos(

)

FM FM

t FM FM

t AFM AFM

- - - (1.10)

ở đây:

H là t ừ ườ tr ệ ụ ng hi u d ng.

ộ ừ MFM là đ t hóa bão hòa.

AFM là đ dày c a l p AFM.

ủ ớ ộ ủ ớ ộ tFM là đ dày c a l p FM, t

ố ị ướ ừ ệ ủ ớ ụ ằ KFM là h ng s d h ng t hi u d ng c a l p FM, K ằ AFM là h ng s d ố ị

ừ ệ ụ ủ ớ ướ h ng t hi u d ng c a l p AFM.

ệ ố ươ ổ ề ặ J là h s t ng tác trao đ i b m t.

FM, MAFM và tr c d h

ươ ộ ừ ứ ữ ị ướ ụ β, α là góc t ng ng gi a đ t hóa M ng FM,

ụ ị ướ ặ AFM; θ là góc gi a t ữ ừ ườ tr ng đ t vào và tr c d h ng FM (Hình 1.7).

ể ơ ị ướ ụ ả ủ Đ đ n gi n hóa, ta coi tr c d h ố ng c a màng FM và AFM là gi ng

ấ ụ nhau và là tr c duy nh t.

ổ ị ệ ể ồ Hình 1.7: Bi u đ các góc tham gia vào h trao đ i d ch.

ố ạ ứ ấ ươ ượ ụ S h ng th nh t trong ph ng trình năng l ng là do tác d ng c a t ủ ừ

ườ ố ạ ụ ứ ụ ệ ớ tr ng hi u d ng trên l p FM, s h ng th hai là do tác d ng c a s d h ủ ự ị ướ ng

ố ạ ị ướ ứ ế ố ạ ủ ớ c a l p FM, s h ng th ba liên quan đ n tính d h ố ng AFM và s h ng cu i

ị ướ ế cùng liên quan đ n tính d h ề ặ ng b m t [14].

K t

ườ ị ướ ả ợ ơ ể Trong tr ng h p đ n gi n, các d h ng FM là không đáng k (

FM FM

t AFM AFM

= -

ượ ượ ư ể ), khi đó năng l ng đ ễ c bi u di n nh sau:

HM t

q cos(

) K

a 2 sin (

)

a b cos(

)

FM FM

t AFM AFM

- - - (1.11)

ừ ườ ể ượ ứ T tr ổ ị ng trao đ i d ch có th đ c tính theo công th c sau:

J M t

FM FM

(1.12)

ự ụ ủ ừ ườ ộ ổ ị . ộ 1.5.4. S ph thu c vào đ dày c a t tr ng trao đ i d ch

) e O

ự ụ ộ ớ ộ 1.5.4.1. S ph thu c vào đ dày l p FM.

( g n ờ ư r t

ừ T

ớ

ề

Chi u dày l p NiFe (

ex và l c kháng t

ộ ủ ườ ổ ị ự ự ụ Hình 1.8: S ph thu c c a tr ng trao đ i d ch H H ừ c vào độ

80Ni20/FeMn t

ệ ớ dày l p FM cho h Fe i tạ AFM = 50 nm.

ố ớ ệ ượ ứ ườ ấ ằ Đ i v i các h đ c nghiên c u, ng i ta quan sát th y r ng t ừ ườ ng tr

ớ ộ ớ ị ổ ị trao đ i d ch t ỷ ệ l ngh ch v i đ dày các l p FM (hình 1.8) [14].

(1.13) (cid:0)

ự ụ ộ ộ ớ 1.5.4.2. S ph thu c vào đ dày l p AFM.

ex vào đ dày c a l p AFM ph c t p h n nhi u. Xu

ộ ủ ự ụ ứ ạ ủ ớ ề ộ ơ S ph thu c c a H

ụ ề ề ớ ơ ớ ướ h ng chung cho chi u dày các l p AFM, ví d chi u dày l n h n 10 nm, H

ủ ớ ủ ớ ụ ả ộ ộ ộ không ph thu c vào đ dày c a l p AFM. Khi đ dày c a l p AFM gi m, H

ex =

ủ ỏ ố ớ ả ộ ộ ớ ườ gi m đ t ng t và đ i v i các l p AFM đ m ng (thông th ng là vài nm), H

ư ấ 0, nh ta th y trong hình 1.9 [14].

ề

ớ Chi u dày l p IrMn (A

ex và l c kháng t

ự ụ ộ ủ ổ ị ự ộ Hình 1.9: S ph thu c c a trao đ i d ch H H ớ ừ c vào đ dày l p

80Ni20/FeMn t

AFM cho h Feệ i tạ FM = 7 nm.

ệ ượ ủ ụ ứ ổ ị 1.5.5. Các ng d ng c a hi n t ng trao đ i d ch.

ậ ệ ể ệ ệ ứ ổ ị ấ Các v t li u th hi n tính ch t trao đ i d ch và các hi u ng có liên quan

ượ ử ụ ộ ố ự ứ ệ đã đ ụ c s d ng trong m t s các ng d ng khác nhau. Vi c tăng l c kháng t ừ

ỏ ị ử ạ ể ử ụ ủ c a các h t nh b oxi hóa có th s d ng trong nam châm vĩnh c u và ph ươ ng

ệ ừ ậ ộ ố ớ ệ ứ ổ ị ộ ứ ụ ti n ghi t m t đ cao. M t ng d ng khác đ i v i hi u ng trao đ i d ch đó là

ệ ứ ế ạ ự ầ ọ ừ ở ổ ồ ầ ch t o đ u đ c, ghi máy vi tính d a trên hi u ng t tr kh ng l . G n đây,

ệ ượ ể ử ụ ổ ị ế ị ớ ộ hi n t ng trao đ i d ch còn có th s d ng trong các thi t b nh đ ng (MRAM)

[12,14].

ớ ệ ề ệ 1.6. Gi ấ i thi u v h có c u trúc spin van.

ệ ừ ấ ạ ừ ộ ồ ớ ộ Spin van là m t linh ki n t tính có c u t o t m t màng đa l p g m các

ớ ở ừ ở ệ ớ ắ ừ 1 và F2) ngăn cách b i các l p phi t l p s t t (F (NM) mà đó đi n tr c a h ở ủ ệ

ự ị ụ ổ ướ ủ ừ ộ ớ ắ ừ ộ thay đ i ph thu c vào s đ nh h ng c a t đ trong các l p s t t [1].

ệ ứ ừ ệ ở ổ ồ ấ Hình 1.10: Mô hình hi u ng t đi n tr kh ng l trong các c u trúc spin van

ệ ứ ự ừ ở ổ ủ ấ Tính ch tấ c a c u trúc spin van d a trên hi u ng t tr kh ng l ồ. C chơ ế

ượ ả ơ ế ệ ử ủ ạ ộ ệ ứ ủ c a hi u ng đ c lý gi ụ i qua c ch “tán x ph thu c spin” c a đi n t (hình

ể ấ ằ ủ ệ ở ấ ụ ệ ệ ạ ở ộ 1.10). Có th th y r ng, tr ng thái c a h (đi n tr cao, đi n tr th p) ph thu c

ướ ươ ố ủ ừ ủ ớ ắ ừ ự ị vào s đ nh h ng t ng đ i c a mômen t c a các l p s t t ệ . Có nghĩa là vi c

ừ ớ ị ướ ươ ố ớ ả mômen t các l p đ nh h ng t ng đ i v i nhau ra sao (song song, ph n song

ệ ử ể ượ ề ặ song) có th cho phép dòng đi n t (dòng spin) đ c truy n qua ho c không th ể

ề ừ ộ ủ ớ ắ ừ ư ộ ạ ộ truy n qua, hay nói cách khác, t đ c a các l p s t t ế ho t đ ng nh m t chi c

ở ưở ề ấ van đóng m spin. Đây chính là ý t ng v c u trúc spin van [11].

ắ ừ ỏ ớ ớ ớ ẽ ở Mô hình màng m ng đa l p v i các l p s t t ớ (FM) xen k b i các l p

ỏ ừ ệ ứ ạ ừ ệ ổ ồ ơ m ng phi t (NM) t o ra hi u ng t ở đi n tr kh ng l ầ là mô hình s khai đ u

ớ ự ủ ấ ơ ớ ả tiên. Tuy nhiên, đây là c u trúc đ n gi n v i s quay c a các l p FM theo t ừ

ườ ự ủ ệ ể ề ệ ở tr ng khá t do và vi c đi u khi n tín hi u tr nên khó khăn. Nhóm c a Peter

ả ế ư ệ ấ ớ ệ Grunberg đã c i ti n mô hình này thành c u trúc spin van nh hi n nay v i vi c

ả ắ ừ ộ ớ ử ụ s d ng m t l p ph n s t t (AFM).

ủ ấ ặ ắ ớ ồ ỏ ớ M t c t ngang c a c u trúc g m 4 l p chính: bên trên là l p màng m ng

ả ắ ừ ổ ế ử ụ ệ ướ ớ ậ ệ v t li u ph n s t t (hi n nay s d ng ph bi n là IrMn,…), bên d i l p này là

ừ ộ ị ả ắ ừ ớ ắ ừ ầ l p s t t đ u tiên có t ở ớ đ b ghim b i l p ph n s t t nên có t ừ ộ ị ữ đ b gi theo

ộ ướ ớ ọ ướ ớ ớ ừ ướ m t h ng (g i là l p ghim), phía d i l p ghim là l p phi t và d i cùng là

ự ớ ự ớ ắ ừ ớ ừ ộ l p s t t v i t đ quay t do (l p t do).

AFM

FM b ghimị

ự

FM t do

ả ắ ừ ặ ắ ủ ế ớ ớ Hình 1.11: M t c t ngang c a màng đa l p spin van v i liên k t ph n s t t .

ể ấ ự ươ ủ ớ ượ Quan sát hình 1.11 ta có th th y s t ng tác c a hai l p FM đ c ngăn

ộ ớ ở ừ ộ ớ ượ ọ cách b i m t l p phi t trung gian. M t trong hai l p FM (đ ớ c g i là l p “ghim”

ướ ừ ộ ở ự ộ ớ ế ớ trong hình) có h ng t đ “đóng băng” b i s liên k t v i m t l p AFM

[10,15,18,19].

ụ ủ ậ . 1.7. M c tiêu c a lu n văn

ấ ừ ủ ấ ể ạ ỏ ứ Đ nghiên c u tính ch t t c a c u trúc spin van, 3 lo i màng m ng sau

ượ đây đã đ ế ạ c ch t o:

2/Ta/NiFe/Ta.

ơ ớ Màng đ n l p: Si/SiO

2/Ta/NiFe/IrMn/Ta.

ớ Màng 2 l p: Si/SiO

2/Ta/NiFe/Cu/NiFe/IrMn/Ta.

ớ Màng đa l p: Si/ SiO

ế ạ ộ ớ Trong quá trình ch t o, m t t ộ ừ ườ tr ớ ng có đ l n 150 Oe và song song v i

ặ ẳ ượ ặ m t ph ng màng đã đ c đ t vào.

ể ử ụ ế ạ ể ươ Đ ch t o các màng này ta có th s d ng ph ố ng pháp b c bay nhi ệ t,

ạ ố ươ ạ ố ư ữ phún x cat t,… Tuy nhiên, do ph ng pháp phún x cat ể t có nh ng u đi m

ẳ ớ ươ ệ ư ộ ế ạ ủ ơ h n h n so v i ph ố ng pháp b c bay nhi t nh đ dày c a màng ch t o đ ượ c

ế ố ơ ủ ể ề ả ơ đi u khi n chính xác h n và kh năng bám dính c a màng trên đ t t h n. Do đó,

ươ ạ ố ể ế ạ ử ụ em đã s d ng ph ng pháp phún x cat ẫ ậ ệ t đ ch t o các v t li u nêu trên. M u

ế ạ ượ ệ ử ế ể ễ ạ sau khi ch t o đ c ti n hành đo hi n vi đi n t quét (SEM), nhi u x tia X

ừ ế ẫ ể ế ượ ủ ấ (XRD) và t k m u rung (VSM) đ bi t đ ấ c tính ch t và c u trúc c a chúng.

ươ ƯƠ Ệ Ch ng 2: CÁC PH Ự NG PHÁP TH C NGHI M

ế ạ ỏ ằ ươ 2.1. Ch t o màng m ng b ng ph ạ ng pháp phún x .

ạ ơ ế 2.2.1. C ch phún x .

ể ạ ậ ớ ự ố ộ Theo quan đi m v t lý, phún x là m t quá trình hoàn toàn khác v i s b c

ạ ườ ượ ả ớ ơ bay. Quá trình phún x th ng đ c so sánh v i quá trình x y ra trong trò ch i bi

ủ ề ế ầ ẩ ả ộ ớ ả ả a: khi đ y m t qu bi ch v phía các qu bi a đang x p g n v i nhau, các qu bi

ẽ ị ạ ấ ả ướ ể ả ướ ở ạ ườ a này s b tán x theo t t c các h ng, k c h ng tr l i phía ng ơ i ch i.

ơ ả ủ ủ ơ ế ễ ể ạ Hình 2.1 bi u di n các quá trình c b n c a c a c ch phún x [1].

ạ ơ ả ủ Hình 2.1: Nguyên lý c b n c a quá trình phún x .

ườ ả ợ ơ ư Trong tr ủ ng h p này, qu bi ch chính là các ion khí tr (nh Argon,

ượ ứ ậ ệ ầ ắ ố ề ọ Xenon, Heli,…) đ c gia t c v phí bia (target) ch a v t li u c n l ng đ ng. Các

ạ ớ ử ủ ế ả ẫ ion khí va ch m v i các nguyên t ệ c a bia d n đ n h qu là các nguyên t ử

ử ủ ị ứ ề ể ặ ộ ế ẫ (ho c các đám vài nguyên t ) c a bia b b t ra và chuy n đ ng v phía đ m u

ử ượ ọ ử ị (substrate). Các nguyên t này đ c g i là các nguyên t ế ạ b phún x . Khi đ n

ắ ọ ạ ế ẫ ạ ượ ế ẫ đ c đ m u, chúng l ng đ ng l i trên đ m u và t o thành màng.

ạ ự ể ấ ộ ượ Quá trình phún x th c ch t là m t quá trình chuy n hóa xung l ng. Khi

ề ặ ắ ươ ữ ử ủ các ion b n phá b m t bia, t ng tác gi a các ion khí và nguyên t ả c a bia x y

ể ả ự ư ế ạ ạ ộ ra nh quá trình va ch m. S va ch m có th x y ra đ n đ sâu 5 ÷10 nm, nh ngư

ượ ỉ ả ả ừ ề ặ ổ ự s trao đ i xung l ng ch x y ra trong kho ng cách 1 nm t b m t bia.

ườ ử ớ ộ ạ ờ ỏ Thông th ng, các nguyên t phún x r i kh i bia v i đ ng năng 3 ÷ 10

ầ ộ ượ ạ ớ ẽ ị eV. M t ph n năng l ng này s b tiêu hao do quá trình tán x v i các nguyên t ử

ườ ế ẫ ế ẫ ế ế ượ ạ khí trên đ ng đ n đ m u. Khi đ n đ m u, năng l ỉ ng ch còn l ả i kho ng

ơ ượ ủ ả ậ ố 1÷2 eV (cao h n năng l ng c a quá trình b c bay kho ng 2 b c). Năng l ượ ng

ệ ộ ế ẫ ử ắ ẽ ọ này làm tăng nhi t đ đ m u và giúp cho các nguyên t ặ l ng đ ng s bám ch t

ế ẫ ơ h n vào đ m u [1].

ệ ạ 2.1.2 . Các h phún x .

ủ ế ậ ạ ỹ ượ ệ ở ươ K thu t phún x ch y u đ c phân bi t b i các ph ố ng pháp gia t c

ươ ơ ion khí tr , có hai ph ng pháp phún x ch y u ạ ủ ế :

ệ ạ ủ + Phún x phóng đi n phát sáng : plasma c a các khí phún x đ ạ ượ ạ c t o

ữ ệ ế ươ ươ ớ ậ ệ ủ thành gi a bia và đ , các ion khí tích đi n d ng t ng tác v i v t li u c a bia

ề ề ạ ạ ạ ộ trong lo i phún x này có phún x phát sáng m t chi u và xoay chi u (ph ươ ng

ạ ố pháp phún x cat t).

ượ ừ ộ ệ + Phún x ionạ : chùm ion đ c sinh ra t m t súng ion riêng bi ự t và tr c

ế ắ ti p b n phá vào bia [1].

ệ ề ạ ộ 2.1.2.1. Phún x phóng đi n phát sáng m t chi u.

ệ ự ộ ặ ệ ề ệ ạ ồ ộ ộ H phún x phóng đi n phát sáng m t chi u g m m t c p đi n c c, m t

ề ặ ộ ự ậ ệ ặ ắ ự c c là anot, m t c c là catot. B m t cat ố ượ t đ c g n vào bia v t li u, m t bên

ượ ạ ằ ướ ế ượ ố ấ ả ượ ặ ặ kia đ c làm l nh b ng n c, các đ đ c đ t trên an t, t t c đ c đ t trong

ủ ệ ư ồ bu ng chân không (hình 2.2). Nguyên lý c a h nh sau :

6 mbar, đ a khí tr Ar vào t

ạ ớ ư ơ Sau khi hút chân không đ t t ấ i áp su t p < 10 ớ i

2 mbar và đ t hi u đi n th m t chi u vào đ m u (+) và bia ().

ế ẫ ế ộ ệ ệ ề ặ ấ ỡ áp su t c 10

ượ ệ ố ở ườ ệ ự ớ ề ặ ữ Các ion khí đ c gia t c b i đi n tr ng gi a hai đi n c c t i b m t bia, làm

ử ủ ử ể ề ế ộ ứ b t ra các nguyên t c a bia. Các nguyên t ạ chuy n đ ng v phía đ , va ch m

ấ ượ ắ ọ ạ ượ ớ ế v i đ , làm m t năng l ng, l ng đ ng l i thành màng. Quá trình này đ ọ c g i

ệ ể ế ợ ặ là quá trình phóng đi n phát sáng. Do đ c đi m phát sáng khi ion hóa và k t h p,

ượ ế ộ ề ượ ơ ệ ự s phóng đi n phát sáng đ c duy trì khi th m t chi u đ c duy trì cao h n th ế

ưỡ ệ ự ả ẫ ệ ể ng ệ ng (breakdown voltage), vì các đi n c c ph i d n đi n đ duy trì dòng đi n

ậ ệ ạ ộ ỉ ể ự ề ề ạ ẫ ộ ệ m t chi u nên s phún x m t chi u ch đ phún x cho các v t li u d n đi n

ộ

ồ Ngu n phát ề m t chi u

ư ạ ợ nh kim lo i, h p kim…[1].

ơ ồ ề ạ ộ ủ ệ Hình 2.2: S đ nguyên lý c a h phún x catot m t chi u.

Ở ệ ươ ệ ử ứ vùng phát sáng ch a ion tích đi n d ng, các đi n t và các ion trung

ư ị ầ hòa ch a b ion hóa là vùng plasma, còn vùng không phát sáng g n Cat ố ượ ọ c g i t đ

là vùng t i.ố

ạ ủ ể ự ố ồ ấ ả ố ỉ Đ s phún x c a Cat t đ ng nh t , kho ng cách Cat ố t và An t ch nên

ơ ỉ ệ ớ ấ ế ầ ả ộ ớ l n h n đ dày vùng t ố ừ i t 2 đ n 4 l n. Kho ng cách này t l v i áp su t khí.

ể ả ế ấ ố ố ộ ắ ọ ộ N u tăng áp su t khí đ gi m vùng t ủ i, t c đ l ng đ ng và đ ng năng c a

ử ẽ ả ử ị ề ầ ạ ướ nguyên t s gi m do nguyên t b tán x nhi u l n tr c khi đ n đ ế ượ ế ẫ c đ m u.

ỡ ượ ế ắ ạ ắ ở Bia và giá đ bia đ ộ c ch n b i mi ng ch n là m t vòng kim lo i bao quanh bia

ỉ ể ở ề ặ ế ắ ỡ ượ ố ấ ớ ấ và giá đ bia ch đ h b m t bia, mi ng ch n này đ c n i đ t. V i c u trúc

ề ặ ỉ ượ ư ữ ả ắ ằ này, ch có b m t bia đ ắ c b n phá. (L u ý r ng, kho ng cách gi a vùng ch n

ỏ ơ ả ố ể ự ữ ệ ắ và bia ph i nh h n vùng t i đ tránh s phóng đi n gi a vùng ch n và bia) [1].

ệ ạ ề . 2.1.2.2. Phún x phóng đi n phát sáng xoay chi u

ơ ồ ệ ạ ố ề Hình 2.3 : S đ nguyên lý h phún x cat t xoay chi u.

ự ạ ượ S phún x RF đ ọ ấ ằ c Robertsen và Clapp tìm ra năm 1933. H th y r ng

ủ ố ệ ệ ạ ố ị ề ặ b m t kính c a ng phóng đi n b phún x trong su t quá trình phóng đi n RF.

ữ ạ ượ ể ạ ệ ỏ ừ Vào nh ng năm 1960, phún x RF đ c dùng đ t o màng m ng đi n môi, t đó,

ạ ượ ể ệ ạ ữ ộ ị ệ h phún x đ c phát tri n. Ngày nay, h phún x RF đang gi m t v trí quan

ệ ế ạ ọ ỏ tr ng trong công ngh ch t o màng m ng.

ạ ộ ử ụ ề ệ ượ ệ Do h phún x m t chi u không s d ng đ ậ ệ c cho các v t li u đi n môi

ể ượ ạ ể ậ ạ vì tr ng thái plasma không th đ c kéo dài. Vì v y, đ duy trì tr ng thái plasma

ệ ộ ồ ượ ầ ằ ố này cho m t bia đi n môi thì ngu n DC đ ồ c thay b ng ngu n RF t n s vô

ế ệ ạ tuy n (RF – radii frequency) MHz. Ngoài ra, h phún x RF còn có thêm h p t ộ ụ

ố ợ ệ ạ ộ ở đi n C và b ph i h p tr kháng. Máy phát RF t o xung vuông và do quá trình

ự ữ ệ ệ ụ ệ ụ ạ ả phóng đi n phát sáng x y ra gi a hai đi n c c, t đi n C có tác d ng t o th ế

ệ ở ề ặ ộ ỳ ượ ắ hi u âm b m t bia sau m t vài chu k , do đó bia đ ở c b n phá b i các ion có

ượ ệ ử ử ở ượ năng l ỳ ng cao trong n a chu k âm và b i các đi n t có năng l ấ ng th p trong

ỳ ươ ế ươ ệ ặ ấ ẫ ộ ở ử n a chu k d ng (m c dù đi n th d ng v n còn th p) h p tr ữ kháng gi a

ả ụ ệ ệ ả máy phát và t ấ i có tác d ng làm tăng công su t phóng đi n và b o v máy [1].

ạ ậ ệ H t v t li u

ứ ừ

ườ

Đ ng s c t

Ion

Bia (Cathode)

Các nam châm

ạ 2.1.2.3. Phún x Magnetron.

ệ ố ơ ồ ạ Hình 2.4: S đ nguyên lý h th ng phún x magnetron.

ệ ượ ử ụ ể ế ạ ụ ấ ạ H phún x magnetron đ c s d ng r t thông d ng đ ch t o các màng

ừ ấ ạ ư ủ ệ ỉ ượ ả ế ằ ặ ỏ m ng t . C u hình c a h phún x nh trên ch đ ộ c c i ti n b ng cách đ t m t

ậ ệ ụ ẫ đĩa nam châm ở ướ d i bia v t li u, t ừ ườ tr ng này có tác d ng b y các đi n t ệ ử ạ i l

ệ ứ ữ ủ ấ ầ g n bia làm tăng hi u ng ion hóa c a chúng (hình 2.4). Trong nh ng c u hình

ầ ử ị ấ ỉ không có nam châm, ch vài ph n trăm nguyên t b ion hóa. Trong c u hình này,

ầ ừ ườ ệ ớ ườ ẽ ườ thành ph n t tr ng vuông góc v i đi n tr ng s làm tăng quãng đ ủ ng c a

ệ ử ượ ặ ở các đi n t ion hóa. Vì nam châm đ c đ t phía sau bia, t ừ ườ tr ẫ ng b y các

ệ ử ở ầ ề ặ ệ ử ữ ạ đi n t và ion ố ầ g n b m t bia và tăng s l n va ch m gi a các đi n t và

ử ố ộ ắ ư ệ ể ạ nguyên t ọ khí, do đó các h phún x magnetron có các u đi m: t c đ l ng đ ng

ự ắ ệ ử ủ ả ả cao, s b n phá c a các đi n t và các ion trên màng gi m, làm gi m nhi ệ ộ ế t đ đ

ể ượ ệ ở ấ ơ và phóng đi n phát sáng có th đ c duy trì ấ áp su t th p h n [1].

Ả ộ ệ ử ụ ụ ề ả ạ ồ ộ nh ch p m t h phún x magnetron s d ng c ngu n m t chi u và

ề ậ ạ ệ ậ ậ xoay chi u đã và đang v n hành t i khoa V t lý Kĩ thu t và Công ngh Nano –

ườ ạ ọ ạ ọ ộ ượ ệ ố Tr ng Đ i h c Công ngh Đ i h c Qu c gia Hà N i đ ọ c minh h a trên hình

2.5.

ử ụ ề ệ ả ạ ồ ộ ồ Hình 2.5 : H phún x magnetron s d ng c ngu n m t chi u và ngu n xoay

ề ạ ệ ậ ậ ườ ạ ọ chi u t i khoa V t lý Kĩ thu t và Công ngh Nano – Tr ng Đ i h c Công ngh ệ

ạ ọ ộ ố Đ i h c Qu c gia Hà n i.

ẫ ậ ượ ế ạ ằ ươ Trong lu n văn này, m u đã đ c ch t o b ng ph ng pháp phún x ạ

ố ề ộ ạ ệ ậ ậ ườ cat t m t chi u DC t i khoa V t lý Kĩ thu t và Công ngh Nano – Tr ạ ng Đ i

ệ ố ộ ạ ọ ọ h c Công ngh Đ i h c Qu c gia Hà N i.

ể 2.2. Hi n vi đi n t ệ ử quét (SEM).

ệ ử ể ệ ử ể ộ Kính hi n vi đi n t ạ quét (SEM) là m t lo i kính hi n vi đi n t có th ể

ớ ộ ả ả ậ ằ ề ặ ử ụ ủ ẫ ạ t o ra nh v i đ phân gi ộ i cao c a b m t m u v t b ng cách s d ng m t

ệ ử ề ặ ẹ ể ẫ chùm đi n t (chùm các electron) h p quét trên b m t m u. Kính hi n vi đi n t ệ ử

ề ặ ớ ộ ể ụ ả ề ầ ạ ấ ấ ớ quét dùng đ ch p nh vi c u trúc b m t v i đ phóng đ i g p nhi u l n so v i

ể ọ ướ ệ ử ủ ề ầ ỏ ấ kính hi n vi quang h c, vì b c sóng c a chùm tia đi n t nh g p nhi u l n so

ệ ạ ả ả ế ậ ượ ủ ẫ ự ớ ướ v i b c sóng vùng kh bi n. Vi c t o nh c a m u v t đ ệ c th c hi n thông

ứ ạ ệ ậ ừ qua vi c ghi nh n và phân tích các b c x phát ra t các chùm đi n t ệ ử ớ ề ặ v i b m t

ẫ ậ m u v t.

ệ ử ể ầ ầ ượ ể Kính hi n vi đi n t quét l n đ u tiên đ ở c phát tri n b i Zworykin vào

ộ ế ị ồ ệ ử ộ ề ừ ướ năm 1942 là m t thi t b g m m t súng phóng đi n t theo chi u t d i lên, ba

ệ ừ ặ ứ ữ ệ ấ ệ ố th u kính tĩnh đi n và h th ng các cuôn quét đi n t ấ đ t gi a th u kính th hai

ệ ử ứ ấ ộ ố ứ ằ ậ và th ba, và ghi nh n chùm tia đi n t ệ th c p b ng m t ng nhân quang đi n

(hình 2.6).

(a) (b)

ệ ử ể ơ ồ ố ệ ử ể quét; (b) S đ kh i kính hi n vi đi n t quét. Hình 2.6: (a) Kính hi n vi đi n t

ệ ử ượ ừ ệ ử ể Các chùm đi n t đ c phát ra t sung phóng đi n t (có th là phát x ạ

ệ ạ ườ ượ ệ ử ượ nhi t, hay phát x tr ng, …), sau đó đ ố c tăng t c. Đi n t đ c phát ra, tăng

ộ ụ ệ ử ẹ ế ộ ỡ ố t c và h i t thành m t chùm đi n t h p (c vài trăm Angstrong đ n vài trăm

ấ ừ ẫ ờ ờ ệ ố nanomet) nh h th ng t u kính t ộ ề ặ , sau đó quét trên b m t m u nh các cu n

ệ ử ị ạ ạ ệ ườ ế ế quét tĩnh đi n. Chùm đi n t b tán x m nh khi đi vào tr ộ ng th bi n thiên đ t

ệ ử ộ ệ ạ ử ng t do đám mây đi n t mang đi n tích âm, h t nhân và nguyên t ệ mang đi n

ươ ỗ ử ạ ủ ệ ử ở tích d ng. M i nguyên t cũng tr thành tâm tán x c a chùm đi n t ễ . Nhi u

ệ ử ứ ấ ữ ể ệ ấ ặ ạ x chùm đi n t ợ có nh ng đ c đi m r t thích h p cho vi c nghiên c u c u trúc

ỏ màng m ng.

ệ ử ể ệ ử ơ ấ ượ Trong kính hi n vi đi n t quét, chùm đi n t s c p đ ằ ố c gia t c b ng

ế ừ ệ ữ ố ộ ụ ấ ồ đi n th t 1 – 50kV gi a cat t và anot r i đi qua th u kính h i t quét lên b ề

ệ ử ặ ẫ ặ ồ ườ ừ m t m u đ t trong bu ng chân không. Chùm đi n t có đ ng kính t 1 – 10nm

10 – 1012 A trên b m t m u. Do t

ệ ừ ề ặ ẫ ươ ủ mang dòng đi n t 10 ệ ng tác c a chùm đi n

ề ặ ẫ ườ ệ ử ứ ấ ệ ử ặ ử ớ t t i lên b m t m u, th ng là chùm đi n t th c p ho c đi n t ả ph n x ạ

ạ ị ề ặ ậ ệ ể ể ả ng ượ ượ c đ c thu l i và chuy n thành nh bi u th b m t v t li u.

ộ ả ủ ượ ị ừ ướ Đ phân gi i c a SEM đ c xác đ nh t kích th c chùm đi n t ệ ử ộ ụ . h i t

ộ ả ụ ộ ươ ữ ậ ệ ạ ề ặ Ngoài ra, đ phân gi i còn ph thu c vào t ng tác gi a v t li u t ẫ i b m t m u

ệ ử ệ ử ươ ớ ề ặ ứ ạ ậ ẽ ẫ ậ v t và đi n t . Khi đi n t t ng tác v i b m t m u v t, s có b c x phát ra,

ượ ự ệ ệ ự ạ ả s t o nh trong SEM và các phép phân tích đ c th c hi n thông qua vi c phân

ứ ạ ủ ế ứ ạ ệ ử ứ ấ ệ ử ồ tích các b c x này. Các b c x ch y u bao g m: đi n t th c p, đi n t tán

ạ ượ x ng c.

ườ ệ ử ấ ạ ề ể ả Ng ộ i ta t o ra m t chùm đi n t r t m nh và đi u khi n chùm tia này

ẫ ầ ề ặ ệ ộ ỏ ứ ấ quét theo hàng và theo c t trên di n tích r t nh trên b m t m u c n nghiên c u.

ệ ử ẫ ẽ ệ ử ứ ấ ế ẫ Chùm đi n t chi u vào m u s kích thích m u phát ra đi n t th c p, đi n t ệ ử

ượ ệ ử ạ ạ tán x ng ỗ c, tia X… M i lo i đi n t ề ẫ , tia X thoát ra và mang thông tin v m u

ả ấ ộ ở ụ ỗ ph n ánh m t tính ch t nào đó ch tia đi n t ệ ử ớ ậ t ẫ i đ p vào m u. Thí d , khi

ệ ử ớ ỗ ồ ế ệ ử ứ ấ ề ẫ ơ đi n t t i chi u vào ch l i trên m u thì đi n t th c p phát ra nhi u h n khi

ứ ế ỗ ượ ệ ử ứ ấ ề chi u vào ch lõm. Căn c vào l ng đi n t th c p nhi u hay ít, ta có th bi ể ế t

ỗ ồ ẫ Ả ề ặ ượ ạ ằ ượ đ c ch l i hay lõm trên b m t m u. nh SEM đ c t o ra b ng cách dùng

ộ ố ệ ử ộ ớ ệ ử ộ ồ m t ng đi n t quét trên màn hình m t cách đ ng b v i tia đi n t quét trên

ẫ m u [3,4].

ẫ ượ ượ ế Các m u sau khi đ ế ạ c ch t o đã đ c ti n hành đo SEM t ạ khoa V t lýậ i

ườ ạ ọ ạ ọ ự ọ ộ ố Tr ng Đ i h c Khoa h c T nhiên Đ i h c Qu c gia Hà N i.

ừ ế ẫ 2.3. T k m u rung (VSM).

ừ ế ẫ ượ ữ ở T k m u rung (VSM) đ c phát minh b i S.Fomer vào nh ng năm 1950

ượ ổ ế ụ ụ ấ và đang đ c dùng r t ph bi n. Đây là d ng c đo các tính ch t t ấ ừ ủ ậ ệ c a v t li u,

ệ ả ứ ạ ộ ệ ừ ắ ho t đ ng trên nguyên t c thu tín hi u c m ng đi n t ẫ khi rung m u đo trong t ừ

ườ ừ ủ ẫ ầ tr ng. Nó đo mômen t c a m u c n đo trong t ừ ườ tr ng ngoài.

(a)

(b)

ừ ế ẫ ừ ế ẫ Hình 2.7: (a) Máy đo t k m u rung (VSM); (b) Mô hình t k m u rung

ủ ệ ậ ộ ượ ễ ể Các b ph n chính c a h đo đ c bi u di n trên hình 2.8.

ố

ơ ỏ

L i hút Nit

l ng

ặ

ệ

C p nhi

ệ t đi n

ơ ồ ấ ủ ệ ơ Hình 2.8: S đ c u trúc c khí c a h VSM

ạ ừ ườ ộ 1. Cu n Hemholtz t o t tr ng.

ữ ẫ ồ 2. Bu ng gi m u.

3. C c t ự ừ .

ộ 4. Cu n Pickup.

ầ 5. Đ u đo Hall.

ệ ặ 6. C p nhi t.

Ố 7. ủ ng ngoài c a Cryostat.

Ố 8. ủ ng trong c a Cryostat.

ế ố 9. L i vào b p.

ố 10. Van hút chân không ng Cryostat ngoài.

ắ ầ ẫ 11. C n g n m u.

ỏ ố 12. Van hút chân không ng Cryostat trong (và hút Nito l ng khi đo ở

ệ ộ ấ nhi t đ th p).

ố ả ườ ẫ ồ ở ệ ộ 13. L i x khí làm môi tr ng đo vào bu ng m u (khi đo nhi t đ cao).

ụ ể ẫ ầ ọ ấ 14. Ròng r c xoay đ nâng t m nâng c n m u theo tr c Z.

ượ ể ầ ụ ậ ẫ ộ ị ấ 15. T m tr t – b ph n d ch chuy n c n m u theo tr c X.

ượ ể ầ ụ ẫ ậ ộ ị ấ 16. T m tr t – b ph n d ch chuy n c n m u theo tr c Y.

ụ ẫ ầ ấ 17. T m nâng c n m u theo tr c Z.

ầ ẫ ể 18. Màng rung (đ rung c n m u).

ỏ ồ 19. V bu ng rung.

ệ ử 20. Các viên nam châm vĩnh c u (dùng cho tín hi u so sánh).

ệ ộ 21. Các cu n dây thu tín hi u so sánh.

ỡ ồ 22. Khung đ bu ng rung và Cryostat.

ữ ề ể ả 23. Vô lăng đi u khi n kho ng cách gi a các c c t ự ừ .

ươ ể ượ Ph ng pháp đo có th đ c mô t ả ắ ắ v n t ư t nh sau:

ẫ ượ ắ ộ ừ ươ ẳ M u đo đ c g n vào m t thanh rung không t tính theo ph ứ ng th ng đ ng

ầ ố ả ượ ặ ộ (t n s rung trong kho ng 50–80 Hz), và đ c đ t vào m t vùng t ừ ườ tr ề ng đ u

ề ạ ừ ườ ự ủ ệ ệ ở ộ ạ t o b i 2 c c c a nam châm đi n. Nam châm đi n m t chi u t o t tr ng tác

ẫ ườ ả ộ ổ ụ d ng vào m u có c ng đ thay đ i trong kho ng (cid:0) 13400Oe. M u là v t li u t ẫ ậ ệ ừ

ạ ướ ụ nên trong t ừ ườ tr ng thì nó đ ượ ừ c t hóa và t o ra t ừ ườ tr ng. D i tác d ng c a t ủ ừ

ườ ệ ẫ ấ ừ ớ ầ ố tr ng này trong m u xu t hi n momen t ấ ẫ M. Khi ta rung m u v i t n s nh t

ừ ẽ ế ẫ ạ ệ ị đ nh, t ộ thông do m u t o ra xuyên qua cu n dây thu tín hi u s bi n thiên và

ả ứ ị ỉ ệ ớ ệ ấ ộ ừ ủ ẫ sinh ra su t đi n đ ng c m ng V, có giá tr t l v i mômen t M c a m u. Trên

ị ượ ừ ộ ủ ẫ ơ ở c s đó xác đ nh đ đ c a m u. c t

= -

Ta có:

F (2.1)

)

(

) = -

( N d

) = - dt

( = - NA dB dt

NAd H M dt

NAdM dt

ế ệ ủ trong đó: A là ti t di n c a dây.

ố N là s vòng dây.

ệ ậ ượ ộ ế ệ ừ Tín hi u V thu nh n đ c sau khi qua các b bi n đi u t ợ thích h p cho

ượ ầ ị ế phép ta đo đ c giá tr M c n bi t [3,4].

ẫ ượ ế ừ ế ẫ ằ Các m u đ c ti n hành đo t k m u rung (VSM) b ng máy VSM

ệ ậ ậ ườ lakeshore 7407 t i ạ khoa V t lý Kĩ thu t và Công ngh Nano – Tr ạ ọ ng Đ i h c

ạ ọ ệ ố ộ Công ngh Đ i h c Qu c gia Hà N i.

ễ ạ 2.4. Phân tích nhi u x tia X.

ệ ượ ễ ạ ạ ặ Nhi u x tia X là hi n t ễ ng các chùm tia X nhi u x trên các m t tinh

ự ạ ấ ắ ể ủ ể ạ ầ ủ ấ th c a ch t r n do tính tu n hoàn c a c u trúc tinh th t o nên các c c đ i và

ễ ễ ể ạ ạ ậ ỹ ườ ượ ạ ọ ự c c ti u nhi u x . K thu t nhi u x tia X ( th ng đ ễ c g i là nhi u x ta X)

ậ ệ ấ ậ ề ả ể ấ ượ ử ụ đ ấ ắ c s d ng đ phân tích c u trúc ch t r n, v t li u…Xét v b n ch t v t lý,

ạ ệ ử ự ư ễ ễ ạ ố nhi u x tia X cũng gi ng nh nhi u x đi n t ấ , s khác nhau trong tính ch t

ề ươ ự ễ ạ ổ ữ ớ ử ph nhi u x là do s khác nhau v t ng tác gi a tia X v i nguyên t và s ự

ệ ử ử ươ t ữ ng tác gi a đi n t và nguyên t .

ủ ươ ị ượ ấ Ư ể u đi m c a ph ng pháp này là xác đ nh đ ầ c các c u trúc, thành ph n

ủ ậ ệ ỉ ầ ộ ượ ủ ẫ pha c a v t li u mà không phá h y m u và cũng ch c n m t l ỏ ể ng nh đ phân

ươ ệ ượ ễ ế ạ tích. Ph ự ng pháp này d a trên hi n t ng nhi u x Bragg khi chi u chùm tia X

ể lên tinh th [3].

ệ ượ ễ ạ ng nhi u x trên tinh th ể. Hình 2.9: Hi n t

ể ượ ấ ạ ử ắ ụ ế ầ Tinh th đ ở c c u t o b i các nguyên t s p x p tu n hoàn, liên t c, có

ể ử ạ ự ữ ề ả th xem là cách t ễ nhi u x t nhiên ba chi u, có kho ng cách gi a các khe cùng

ớ ướ ể ậ ạ ỗ ậ b c v i b ạ c sóng tia X. Khi chùm tia đ p vào nút m ng tinh th , m i nút m ng

ạ ạ ạ ộ ở ớ ị tr thành m t tâm tán x . Các tia X b tán x giao thoa v i nhau t o nên các vân

ườ ộ ổ giao thoa có c ng đ thay đ i theo θ (hình 2.9).

ể ẽ ể ấ ầ ặ ữ Do tinh th có tính ch t tu n hoàn, các m t tinh th s cách nhau nh ng

ư ề ả ặ ử ễ ạ ạ kho ng đ u đ n d, đóng vai trò nh các cách t nhi u x và t o ra hi n t ệ ượ ng

ạ ủ ễ ế ạ ươ ả nhi u x c a các tia X. N u ta quan sát chùm tia tán x theo ph ng ph n x ạ

ằ ớ ữ ệ ạ ặ (b ng góc t i) thì hi u quang trình gi a các tia tán x trên các m t là:

D = L

d 2 sin

(2.2)

ư ậ ễ ể ạ ớ ệ ề ả ỏ ự ạ Nh v y, đ có c c đ i nhi u x thì góc t i ph i th a mãn đi u ki n:

D = L

l n

d 2 sin

(2.3)

ở ố ị ậ đây, n là s nguyên nh n các giá tr 1, 2, 3,….

ậ ị ễ ạ Đây là đ nh lu t VulfBragg mô t ả ệ ượ hi n t ng nhi u x tia X trên các

ặ ể m t tinh th .

(a) (b)

ễ ạ ễ ạ ệ ệ Hình 2.10: (a) H đo nhi u x tia X (XRD);(b) Mô hình h đo nhi u x tia X.

ủ ầ ổ ị ằ ế B ng cách thay đ i v trí c a đ u dò (detector) quay trên vòng tròn giác k ,

ễ ễ ạ ộ ượ ượ ườ c ng đ nhi u x theo các góc nhi u x 2 ạ θ đ ậ c ghi nh n, ta thu đ c ph ổ

ạ ủ ứ ễ ẫ nhi u x c a m u nghiên c u (hình 2.10).

ự ạ ạ ướ ứ ệ ễ Vi c nghiên c u phân tích các c c đ i nhi u x d i góc 2 θ khác nhau sẽ

ố ạ ề ấ ể ể ạ ằ ầ cho thông tin v c u trúc tinh th (ki u ô m ng, h ng s m ng…), thành ph n

ủ ủ ề ẫ ẫ pha c a m u và nhi u thông tin khác nhau c a m u đo [3,4].

ượ ậ ườ ạ ọ ọ ẫ Các m u đã đ c đo XRD t ạ khoa V t lý– Tr i ng Đ i h c Khoa h c T ự

ạ ọ ố ộ nhiên Đ i h c Qu c gia Hà N i.

ươ Ả Ậ Ả Ế Ch ng 3: K T QU VÀ TH O LU N

ậ Trong lu n văn này, các màng m ngỏ đa l p ớ Ta/NiFe/IrMn/Ta và

ượ ắ ằ ọ ươ Ta/NiFe/Cu/NiFe/IrMn/Ta đã đ c l ng đ ng b ng ph ng pháp phún x ạ cat tố

2 v i áp su t chân không c s

6 Torr và áp

ộ ấ ớ m t chi u ế ề lên đ Si/SiO ả ơ ở kho ng 2x10

ấ ủ ạ ủ ấ ả ố ộ su t c a khí Argon khi phún x ạ là 3 x 103 Torr. T c đ phún x c a t t c các

o/s. Đ thu đ ể

ượ ệ ứ ổ ị ẫ ố ấ ả ớ l p kho ng 1 A c m u có hi u ng trao đ i d ch t t nh t, m t t ộ ừ

ườ ớ ườ ộ ượ ặ ẳ ặ tr ng v i c ng đ H = 150 Oe đ ớ c đ t song song v i m t ph ng màng

ạ ừ ườ ố ờ ị ướ ụ ạ ụ ơ trong su t th i gian phún x . T tr ng có tác d ng t o ra d h ng đ n tr c cho

ổ ừ ề ớ ế ớ ủ màng NiFe. Chi u dày c a các l p NiFe thay đ i t 3 nm đ n 12 nm và l p IrMn

ổ ừ ẫ ượ ắ ế ọ ở ệ ộ ượ đ c thay đ i t 8 nm đ n 15 nm. Các m u đ c l ng đ ng nhi t đ phòng.

ượ ắ ấ ừ ủ ẫ ọ ượ ằ Sau khi đ c l ng đ ng, các tính ch t t c a m u đ c đo b ng t ừ ế k

ẫ ừ ườ ẳ ớ m u rung (VSM) v i t ớ ừ ườ tr ặ ng song song v i m t ph ng màng. T tr ng trao

ự ị ừ ườ ừ ễ ị ổ ị đ i d ch và l c kháng t ừ ượ đ c xác đ nh t các đ ng cong t tr ; đ nh h ướ ng

ủ ể ấ ượ ứ ở ễ ạ tinh th và c u trúc vi mô c a màng đ c nghiên c u b i nhi u x tia X (XRD).

ỏ 3.1. Màng m ng NiFe.

ệ ử ể ế ả 3.1.1. K t qu đo hi n vi đi n t quét (SEM).

Ả ủ Hình 3.1: nh SEM c a màng NiFe.

ế ạ ượ ẫ ỏ ượ ể Sau khi ch t o đ ơ ớ c màng m ng đ n l p NiFe, m u đ c đo hi n vi

ệ ử ố ộ ắ ể ọ đi n t quét (SEM) đ tính toán t c đ l ng đ ng ( ϑD).

ừ ế ể ả ị ượ ủ ề T k t qu đo SEM, chúng ta có th xác đ nh đ c chi u dày c a màng

ề ả ỏ ớ ạ ủ ớ ờ ấ NiFe là kho ng 43,2 nm (r t nh so v i các chi u còn l i c a màng) v i th i gian

ọ ắ l ng đ ng 300 s => ϑD = 0,144 (nm/s).

ễ ạ ế ả 3.1.2. K t qu đo nhi u x tia X (XRD).

ỏ ượ ế ạ ề ế ớ Màng m ng NiFe đã đ c ch t o v i chi u dày 10 nm sau đo ti n hành

ễ ễ ạ ạ ượ ọ ả đo nhi u x tia X. Hình nh nhi u x tia X đã đ c minh h a trong hình 3.2.

ộ ỉ ở ừ ệ ế ể ấ ằ Chúng ta có th th y r ng có m t đ nh góc 2 θ = 44o. T vi c phân tích k t qu , ả

NiFe (111)

ượ ấ ớ ị ướ chúng ta thu đ c c u trúc NiFe v i đ nh h ể ng tinh th là (111).

) ) s y t t n v u đ o ( C ộ ( đ y g t n i s ờ n ư e C t n

I

40 45 2? (o) 2 Theta (O)

ủ ả ễ ạ Hình 3.2: Hình nh nhi u x tia X c a màng NiFe.

ộ ỉ ế ễ ệ ạ ấ ả ườ Ngoài ra, k t qu nhi u x tia X còn xu t hi n m t đ nh có c ộ ấ ng đ r t

ạ ủ ế ư ỉ ế ế ớ ễ ớ l n. Đó chính là đ nh nhi u x c a đ Si. Nh đã bi ơ ể t, đ Si có th tích l n h n

ề ớ ườ ạ ớ ễ ộ ơ ấ r t nhi u so v i màng NiFe nên cho c ng đ nhi u x l n h n.

ả ừ ế ẫ ế 3.1.3. K t qu đo t k m u rung (VSM).

ấ ừ ủ ơ ớ ể ỏ ị Đ xác đ nh tính ch t t c a màng đ n l p NiFe, màng m ng sau khi đ ượ c

ượ ế ừ ế ả ườ ừ ễ ủ ớ ế ạ ch t o đ c ti n hành đo VSM. T k t qu đo đ ng cong t tr c a l p NiFe

c = 5,1 Oe. Như

ự ừ ủ ượ ị ị (hình 3.3), l c kháng t ẫ c a m u đã đ ớ c xác đ nh v i giá tr H

ỏ ừ ề ậ v y, màng m ng NiFe có tính t m m.

1,0

0,5

S

0,0

/

M M

-0,5

-1,0

-200

-100

0

100

200 Tõ tr- êng H (Oe)

ườ ừ ễ ủ ặ Hình 3.3: Đ ng cong t tr c a màng NiFe v i t ớ ừ ườ tr ớ ng đ t vào song song v i

ề ặ ủ b m t c a màng.

ệ ậ ệ 3.2. H v t li u NiFe/IrMn.

2/Ta (5 nm)/NiFe

ệ ượ ể ệ ậ ệ ổ ị ể Đ tìm hi u hi n t ng trao đ i d ch, h v t li u Si/SiO

ượ ế ạ (tNiFe nm)/IrMn (10 nm)/Ta (5 nm) đã đ c ch t o, trong đó, t ớ ề NiFe là chi u dày l p

NiFe, tNiFe = 5, 7, 9 nm.

ế ả 3.2.1. K t qu đo tính ch t t ấ ừ .

ườ 3.2.1.1. Đ ng cong t ừ ễ tr .

ế ả ừ ế ẫ ỏ Hình 3.4 cho ta k t qu đo t ớ ủ k m u rung (VSM) c a màng m ng đa l p

ể ấ ượ ự ị NiFe/IrMn. Quan sát hình 3.3 và hình 3.4, ta có th th y đ ể c s d ch chuy n

ừ ễ ệ ậ ệ ả ắ ừ ớ ườ đ ng cong t tr khi h v t li u có thêm l p ph n s t t .

1,0

0,5

(a)

(b)

0,0

/

s M M

-300

-200

-100

0

100

200

300 -300

-200

-100

0

100

200

300 -0,5

-1,0

5nm

7nm

ừ ườ

)

ừ ườ

T tr

ng H (Oe

T tr

ng H (Oe)

1,0

0,5

(c)

0,0

-300

-200

-100

0

100

200

300

M M

-0,5

-1,0

9nm

ừ ườ

T tr

ng H (Oe)

ườ ủ ệ Hình 3.4: Đ ng cong t ừ ễ c a h NiFe/IrMn v i tr ớ tNiFe = 5 nm, 7 nm và 9 nm.

ủ ự ị ể Nguyên nhân c a s d ch chuy n này là do khi nhi ệ ộ ủ ệ ướ t đ c a h d i nhi ệ t

N) trong s có m t c a t

ặ ủ ừ ườ ự ắ ộ đ Neel (T tr ế ủ ớ ng H, các spin c a l p NiFe s p x p

ướ ủ ừ ườ ủ ớ ế ắ song song theo h ng c a t tr ả ng, còn các spin c a l p IrMn s p x p ph n

ệ ươ ấ ở ề ặ song song. Do xu t hi n t ổ ng tác trao đ i FM và AFM b m t nên l p ớ ở ề b

ả ắ ế ặ ướ ủ ớ ớ m t IrMn cũng ph i s p x p theo h ề ặ ủ ng spin c a l p NiFe. Vì l p b m t c a

ế ắ ả ữ IrMn s p x p ph n song song nên đóng vai trò ghim gi ề ặ ủ các spin b m t c a

ệ ớ ị ướ ề ế ẫ ụ ủ ơ NiFe. Đi u này đ n đ n, ngoài vi c l p FM có d h ng đ n tr c c a chính tinh

ộ ị ướ ụ ủ ể ị ướ ọ th , nó còn ch u tác d ng c a m t d h ơ ng đ n h ng (hay còn g i là d h ị ướ ng

ủ ớ ị ướ ề ề ổ trao đ i) c a l p AFM li n k . D h ng này đóng vai trò nh m t t ư ộ ừ ườ ng tr

ế ệ ụ thêm vào t ừ ườ tr ẫ ng ngoài, d n đ n có t ừ ườ tr ng hi u d ng sau đây:

= H H

exterial

(3.1)

ể ấ ắ ừ ư ả ớ Ngoài ra, ta có th th y, khi ch a có l p ph n s t t ự IrMn, l c kháng t ừ

c = 5,1 Oe). Tuy nhiên, khi có thêm l p IrMn,

ị ấ ấ ớ ủ c a màng NiFe có giá tr r t th p (H

ừ ủ ệ ủ ớ ề ừ ự l c kháng t c a h tăng lên. Khi chi u dày c a l p NiFe tăng t ế 5 nm, 7 nm đ n

ả ươ ừ ế ự 9 nm, l c kháng t ừ c gi m t H ứ ng ng t 50 Oe, 30 Oe đ n 18 Oe và t ừ ườ ng tr

ex l n l

ầ ượ ừ ế ề ổ ị trao đ i d ch H ả t gi m t ấ 55 Oe, 31 Oe đ n 22 Oe. Đi u đó cho th y

ủ ớ ề ả ưở ấ ừ ủ ế ằ r ng chi u dày c a l p NiFe đã gây nh h ng đ n tính ch t t ơ ớ c a các đ n l p.

ộ ề ớ ự ụ 3.2.1.2. S ph thu c H ex vào chi u dày l p NiFe.

ộ ủ ừ ườ ồ ị ự ụ ổ ị ề Hình 3.5 là đ th s ph thu c c a t tr ng trao đ i d ch vào chi u dày

ầ ượ ừ ề ớ l p NiFe. ớ Khi chi u dày l p NiFe tăng l n l t t ế 5 nm, 7 nm đ n 9 nm thì t ừ

ườ ổ ị ề ầ ả ớ ợ tr ng trao đ i d ch gi m d n. Đi u này hoàn toàn phù h p v i các tính toán lý

ế ướ thuy t tr c đó:

60

55

50

45 ) e O

(

x e

40 H

35

30

25

20

5

6

7

8

9 ChiÒu dÇy lí p NiFe (nm)

ex vào chi u dày l p NiFe c a màng NiFe/IrMn.

ộ ủ ủ ề ớ ự ụ Hình 3.5: S ph thu c c a H

ự ụ ộ ự ề ớ 3.2.1.3. S ph thu c l c kháng t H ừ c vào chi u dày l p NiFe.

55

50

45

40 ) e O

(

35 C H

30

25

20

15

5

6

7

8

9 ChiÒu dÇy lí p NiFe (nm)

ề ớ ủ ệ ự ụ Hình 3.6: S ph thu c c a c a h NiFe/IrMn . ộ ủ Hc vào chi u dày l p NiFe

ươ ự ớ ươ Cũng t ng t nh H ề ư ex, khi tăng chi u dày l p NiFe lên, t ổ ng tác trao đ i

ữ ớ ự ẽ ả ự ả gi a l p FM và AFM gi m. Do đó, l c kháng t ầ ừ c s gi m d n theo s tăng lên H

ủ ự ả ữ ủ ớ c a l p NiFe (hình 3.6). ề ặ ớ Nguyên nhân c a s gi m này là do gi a b m t l p

ệ ươ ấ ổ ượ ế ế ư NiFe và IrMn xu t hi n t ng tác trao đ i. NiFe đ c bi ộ ậ t đ n nh là m t v t

ệ ừ ề ự ừ ấ ủ ề li u t m m, có nghĩa là l c kháng t th p. Khi chúng ta tăng chi u dày c a nó

ư ề ừ ề ế ư ố lên, đi u đó gi ng nh tính t ế ơ m m cũng tăng lên và ngày càng chi m u th h n

ậ ự ữ ớ ổ ừ ủ ệ ả ươ t ng tác trao đ i gi a l p FM và AFM. Vì v y l c kháng t c a h gi m.

ế ả 3.2.2. K t qu đo XRD.

ể ấ ự ủ ả ớ D a vào hình nh XRD c a hai l p NiFe/IrMn, chúng ta có th th y NiFe

ị ướ ỉ ở và IrMn có đ nh h ng (111). Có 2 đ nh góc 2 θ = 44o và 2θ = 42o l n l ầ ượ t

ớ ươ ứ t ng ng v i hai pha NiFe (111) và IrMn (111).

) y t v đ (

Si IrMn (111)

) s t n u o C

(

NiFe (111)

ộ đ g n ờ ư C

y t i s n e t n

I

(o)

40 2 Theta (O)

ễ ạ ủ ớ Hình 3.7: Nhi u x tia X c a các l p NiFe/IrMn.

ự ứ ế ả ượ ố D a vào các k t qu nghiên c u đã đ ệ ạ c công b , vi c t o ra IrMn (111)

ươ ổ ề ặ ổ ệ ứ ừ ị ẽ s cho t ổ ấ ng tác trao đ i b m t n đ nh nh t. T đó cho ta hi u ng trao đ i

ố ấ ị d ch t t nh t.

ệ ậ ệ 3.3. H v t li u NiFe/Cu/NiFe/IrMn.

ệ ậ ệ ể ạ ệ ấ Đ t o ra h có c u trúc spin van, hai h v t li u Ta (5 nm)/NiFe (5

nm)/Cu (3 nm)/NiFe (tNiFe nm)/IrMn (10 nm)/Ta (5 nm) và Ta (5 nm)/NiFe (5

ượ ế ạ nm)/Cu (3 nm)/NiFe (9 nm)/IrMn (tIrMn nm)/Ta (5 nm) đã đ c ch t o v i t ớ NiFe = 3

nm, 5 nm, 7 nm, 9 nm và tIrMn = 8 nm, 10 nm, 15 nm (hình 3.8).

ấ ặ ủ ớ ở ướ Trong c u trúc này, ự s có m t c a l p Ta trên cùng và d i cùng c a h ủ ệ

ỏ ự ệ ả ớ ự ớ giúp b o v nó kh i s oxi hóa. ầ L p NiFe đ u tiên là l p t ớ do và l p NiFe th ứ

ượ ọ ẫ ầ ớ ớ ị ở hai đ c g i là l p b ghim. Do đó, m u c n 2 l p Ta ặ ể ả hai m t đ b o v . ệ L pớ

ượ ự ắ ặ ế ạ ể ạ ữ ớ Cu đ c ch t o đ t o nên s b t c p spin gi a hai l p NiFe khi có m t t ộ ừ

ườ ượ ặ ườ ớ ự ợ ấ tr ng đ c đ t vào. Tr ng h p không có l p t ạ do thì không t o ra c u trúc

ị ấ ổ ị ạ ị spin van và t ừ ườ tr ố ng trao đ i d ch đ t giá tr th p xung quanh giá tr 50 Oe; gi ng

ư ế ả ượ ầ ướ nh k t qu đã đ c báo cáo trong ph n tr c.

ấ ệ ậ ệ Hình 3.8: C u trúc h v t li u NiFe/Cu/NiFe/IrMn.

Ở ượ ả ắ ừ ớ ớ ấ đây, IrMn đ c dùng v i vai trò là l p ph n s t t trong c u trúc spin –

ổ ị ớ ớ ượ ủ ấ ư van. L p NiFe/IrMn là l p trao đ i d ch đ c coi nh là van c a c u trúc spin –

van.

ả ừ ế ẫ ế 3.3.1. K t qu đo t k m u rung (VSM).

ề ậ ở ư ướ ư ườ Nh đã đ c p ầ ph n tr ố c, không gi ng nh các đ ng cong t ừ ễ ủ tr c a

ố ứ ơ ớ ườ ừ ễ ủ ấ màng đ n l p (có tính đ i x ng), đ ng cong t c a c u trúc spin – van tr

ố ứ ố ượ ữ ơ không có tính đ i x ng. H n n a, các thông s đ c rút ra t ừ ườ đ ng cong t ừ ễ tr

ữ ể ặ ố ớ ườ ừ ễ ố ứ này có nh ng đ c đi m không gi ng v i các đ ng cong t tr đ i x ng.

0.0006

3 nm 5 nm 7 nm

0.0003

(a)

0.0000

-0.0003

) u m e ( õ t n e m « M

-0.0006

-1000

-500

500 1000

0 Tõ tr- êng H (Oe)

(b)

0.0008

9 nm 12 nm

0.0004

0.0000

) u m e ( õ t n e m « M

-0.0004

-0.0008

-1000

-500

0

500 1000

Tõ tr- êng H (Oe)

ườ ừ ễ ủ ấ Hình 3.9: Đ ng cong t tr c a c u trúc spin van NiFe (5 nm)/Cu (3 nm)/NiFe

NiFe = 3 nm, 5 nm, 7 nm và (b) tNiFe = 9 nm, 12 nm.

ớ (tNiFe nm)/IrMn (10 nm) v i (a) t

ườ ừ ễ ủ ệ ớ ề ớ ượ ể Đ ng cong t c a h v i chi u dày l p NiFe tăng đ tr ễ c bi u di n

ể ấ ằ ườ ừ ễ ủ ệ trong hình 3.9. Có th th y r ng, đ ng cong t ấ tr c a h có c u trúc spin van

ự ị ể ể ị ươ ữ ớ ổ ị b d ch chuy n. S d ch chuy n này là do t ng tác trao đ i gi a l p NiFe và

ươ ệ ứ ổ ị ế ề ẫ IrMn. T ớ ng tác này d n đ n hi u ng trao đ i d ch nói trên. Khi chi u dày l p

ừ ế ườ ở ờ ạ ghim tăng t 3 nm đ n 12 nm, đ ng cong tr ơ nên kém rõ nét và r i r c h n.

ẽ ấ ầ ượ ừ ả ổ Hình v cũng cho ta th y, t ừ ườ tr ng trao đ i gi m l n l t t ế 360 Oe đ n 65 Oe

ự ừ ả ừ và l c kháng t gi m t ế 200 Oe đ n 60 Oe.

Ở ộ ế ề ả ớ ớ ị ị đây có m t k t qu khá thú v . Khi chi u dày l p NiFe tăng t i giá tr t =

ủ ấ ệ ấ 12 nm (hình 3.9 b), c u trúc spin van m t đi hoàn toàn. Nguyên nhân c a hi n

ệ ị ỉ ươ ề ặ ữ ớ ấ ượ t ng thú v này đó là h ch còn t ớ ng tác b m t gi a l p NiFe r t dày và l p

ả ắ ừ ph n s t t IrMn.

ưở ủ ớ ấ ừ Ả 3.3.2. nh h ng c a l p ghim lên tính ch t t .

Ả ưở ủ ớ 3.3.2.1. nh h ng c a l p NiFe lên mômen t ừ ủ ệ c a h .

0.85

0.80

0.75

0.70 ) u m e m

0.65

0.60 ( õ t n e m « M

0.55

0.50

0.45

2

4

6

8

10

12 § é dÇy lí p NiFe (nm)

Ả ưở ủ ớ ừ ủ ệ Hình 3.10: nh h ng c a l p NiFe lên mômen t c a h NiFe/Cu/NiFe/IrMn

ề ổ ớ khi chi u dày l p NiFe thay đ i

ủ ớ ắ ừ ề ừ ắ ừ ủ ế Khi chi u dày c a l p s t t tăng t 3 nm đ n 12 nm, tính s t t ẫ c a m u

ắ ừ ế ề ẫ ớ tăng lên. Đi u này d n đ n các mômen trong l p s t t ngày càng tăng (hình

3.10).

ex vào chi u dày l p NiFe.

ộ ề ớ ự ụ 3.3.2.2. S ph thu c H

ư ở ướ ớ ệ ứ Nh đã ch ng minh ầ ph n tr c, v i h NiFe/IrMn, t ừ ườ tr ổ ng trao đ i

ỉ ệ ớ ắ ừ ớ ị ị d ch t l ề ngh ch v i chi u dày l p s t t .

ữ ư ế ả ậ ớ Quan sát hình 3.11 và qua nh ng k t qu đã đ a ra, quy lu t trên đúng v i

ấ ộ ầ ữ ể ệ h có c u trúc spin van ẳ NiFe/Cu/NiFe/IrMn. M t l n n a chúng ta có th kh ng

ex ph thu c vào t

FM, khi tFM tăng thì Hex gi m. ả

ụ ộ ị đ nh, H

400

350

300

250 ) e O

(

200 x E H

150

100

50

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13

§ é dÇy lí p NiFe (nm)

ề ớ ồ ị ự ụ Hình 3.11 : Đ th s ph thu c c a ộ ủ Hex vào chi u dày l p NiFe.

c vào chi u dày l p NiFe.

ộ ề ớ ự ụ 3.3.2.3. S ph thu c H

Ả ưở ủ ề ớ ượ nh h ng c a chi u dày l p NiFe (t ự NiFe) lên l c kháng t ừ c đ H c th ể

ệ ế ề ấ ả ớ ừ ế hi n trên hình 3.12. K t qu cho th y, khi chi u dày l p NiFe tăng t 5 nm đ n 7

ex gi m không đáng k . Trong khi đó, khi chi u dày l p NiFe tăng

ộ ớ ể ề ả ớ nm thì đ l n H

ự ế ừ ả ừ ả ừ t 7 nm đ n 12 nm thì l c kháng t ấ gi m r t nhanh (t ố kho ng 190 Oe xu ng

ệ ượ ả ả ề ớ kho ng 45 Oe). Nguyên nhân x y ra hi n t ng này là do khi chi u dày l p NiFe

ừ ề ế ư ủ ớ ế ơ ớ ươ tăng lên thì tính t m m c a l p ghim chi m u th h n so v i t ề ặ ng tác b m t

ữ ự ừ ả gi a NiFe/IrMn, do đó l c kháng t gi m.

220

200

180 ) e O

160 (

140

120

100 C H õ t g n ¸ h k c ù L

80

60

40

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13

§ é dÇy lí p NiFe (nm)

c vào chi u dày l p NiFe c a h NiFe (5 nm)/Cu

ộ ủ ủ ệ ề ớ ự ụ Hình 3.12 : S ph thu c c a H

(3 nm)/NiFe (tNiFe nm)/IrMn (10 nm).

ưở ả ắ ừ ủ ớ ấ ừ Ả 3.3.3. nh h ng c a l p ph n s t t lên tính ch t t .

ex và Hc vào chi u dày l p ph n s t t

ộ ủ ự ụ ả ắ ừ ề ớ S ph thu c c a H IrMn cũng là

ố ớ ệ ứ ự ể ấ ả ọ ộ m t kh o sát quan tr ng đ i v i h có c u trúc spin van. Đ nghiên c u s ph ụ

ộ thu c này, màng đa l p ớ Ta (5 nm)/NiFe (5 nm)/Cu (3 nm)/NiFe (9 nm)/IrMn (tIrMn

ượ ế ạ ẫ nm)/Ta (5 nm) đã đ c ch t o v i t ớ IrMn = 8 nm, 10 nm và 15 nm. M u sau khi

ượ ế ượ đ ế ạ c ch t o đã đ c ti n hành đo VSM (hình 3.13).

1.0

8 nm 10 nm 15 nm

0.5 S

0.0 /

M M

-0.5

-1.0

-750

-500

-250

0

250

500

750 Magnetic field H (Oe)

ừ ườ ng H (Oe) T tr

Ả ưở ả ắ ừ ủ ớ ấ ừ ủ ệ Hình 3.13: nh h ng c a l p ph n s t t lên tính ch t t ấ c a h có c u

trúc spin van Ta (5 nm)/NiFe (5 nm)/Cu (3 nm)/NiFe (9 nm)/IrMn (tIrMn nm)/Ta (5

nm).

ấ ằ ổ ị ầ Hình 3.14 cho ta th y r ng t ừ ườ tr ng trao đ i d ch ư Hex g n nh không thay

ổ ừ ề ả ớ ị ế ổ đ i (có giá tr kho ng 200 Oe) khi chi u dày l p IrMn thay đ i t 8 nm đ n 15

nm.

200

180 ) e O

(

H H

x e

H

,

160 C H

140

120

8

10

12

14

16

18

20 (nm)

t IrMn

ộ ủ ự ự ụ ổ ị Hình 3.14: S ph thu c c a l c kháng t H ừ ườ tr ng trao đ i d ch ừ c và t

ề ớ ủ ệ Ta (5 nm)/NiFe (5 nm)/Cu (3 nm)/NiFe (9 Hex vào chi u dày l p IrMn c a h

nm)/IrMn (tIrMn nm)/Ta (5 nm).

ụ ự ổ ị S ph thu c c a ộ ủ t ừ ườ tr ng trao đ i d ch ự Hex và và l c kháng t ừ Hc vào

ắ ừ ề ả ủ ớ chi u dày c a l p ph n s t t đã đ ượ nhóm tác gi c ả J. Nogue’s và Ivan K.

ứ ế ề ằ ố ớ ỉ ả ắ ả Schuller nghiên c u và công b . K t qu ch ra r ng: khi chi u dày l p ph n s t

ư ằ ổ ị ủ ề ẫ ầ ừ ở ướ t d i 2 nm, t ừ ườ tr ứ ng trao đ i d ch c a m u g n nh b ng 0. Đi u đó ch ng

ư ế ổ ị ấ ở ị ỏ ệ ứ t ầ hi u ng trao đ i d ch g n nh bi n m t hoàn toàn giá tr nói trên. Tuy

ex tăng

ừ ẽ ẫ ệ ứ ổ ị ế ạ ở ở nhiên, t 2 nm tr lên, hi u ng trao đ i d ch tr nên m nh m , d n đ n H

ex b t đ u n đ nh và

ề ằ ộ ộ ộ ớ ắ ầ ổ ị m t cách đ t ng t. Khi chi u dày l p AFM b ng 6 nm, H

ả ắ ừ ư ề ổ ớ ổ ầ g n nh không thay đ i khi chi u dày l p ph n s t t thay đ i.

ể ượ ề ả ề Đi u đó có th đ c gi ớ i thích, khi chi u dày l p IrMn tăng, các mômen

ề ị ấ ả ừ ủ ớ ắ ừ t c a l p s t t NiFe b ghim ngày càng nhi u và t t c các mômen t ừ ủ ớ c a l p

ạ ề ớ ở ẽ ị này s b ghim l i khi l p IrMn có chi u dày 6 nm tr lên. Đây chính là nguyên

ổ ị ư ầ ổ nhân làm cho t ừ ườ tr ng trao đ i d ch g n nh không thay đ i.

ấ ằ ể ề ậ ớ ừ Ngoài ra, ta có th nh n th y r ng, khi chi u dày l p IrMn tăng t 10 nm

ự ừ ủ ầ ừ ẫ ả ế đ n 15 nm thì l c kháng t c a m u gi m d n t ế 160 Oe đ n 114 Oe.

Ậ Ế K T LU N

ậ ượ ế ậ Sau khi hoàn thành lu n văn, em rút ra đ c các k t lu n sau:

(cid:0) Đã ch t o thành công màng m ng t

ế ạ ỏ ừ tính NiFe, NiFe/IrMn và màng m ngỏ

(cid:0) NiFe là v t li u t

ấ có c u trúc spin van NiFe/Cu/NiFe/IrMn.

c = 5,1 Oe.

ậ ệ ừ ề v i Hớ m m

(cid:0) ố ươ ằ ấ ị IrMn (111) cho h ng s t ổ ề ặ ổ ng tác trao đ i b m t n đ nh nh t.

(cid:0) Màng m ng 2 l p NiFe/IrMn có hi u ng trao đ i d ch và

ệ ứ ổ ị ỏ ớ Hex, Hc phụ

ộ ớ ề thu c vào chi u dày l p NiFe.

(cid:0) ấ ừ ủ ấ ụ ộ Tính ch t t c a c u trúc spin van ớ NiFe/Cu/NiFe/IrMn ph thu c vào l p

ớ NiFe và l p IrMn.

Ả Ệ TÀI LI U THAM KH O

ế ệ Ti ng Vi t.

ữ ứ ễ ậ ệ ừ V t li u t liên kim lo i 1. Nguy n H u Đ c , (2003), ạ ọ ạ , Nhà xu t b n Đ i h c ấ ả

ố ộ ộ Qu c gia Hà N i, Hà N i.

ễ ệ ượ ậ V t lý các hi n t ng t 2. Nguy n Phú Thùy , (2003), ạ ọ ừ, Nhà xu t b n Đ i h c ấ ả

ố ộ ộ Qu c gia Hà N i, Hà N i.

ị ế ạ ứ Nghiên c u ch t o dây Coban có kích th ướ c ề 3. Vũ Th Huy n Trang, (2011),

ươ ệ ậ ố ạ ọ ệ ằ nano b ng ph ng pháp đi n hóa , Khóa lu n t t nghi p Đ i h c khoa

ạ ọ ạ ọ ự ậ ố ọ ộ ộ V t lý, Đ i h c Khoa h c T nhiên, Đ i h c Qu c gia Hà N i, Hà N i.

ị Ả ưở ủ ừ ườ ắ ọ nh h ng c a t tr ng trong quá trình l ng đ ng lên 4. Vũ Th Thanh, (2014),

ấ ủ ậ ạ ọ ườ tính ch t c a dây nano, Lu n văn Th c sĩ khoa h c, Tr ạ ọ ng Đ i h c

ạ ọ ự ọ ộ ố ộ Khoa h c T nhiên, Đ i h c Qu c gia Hà N i, Hà N i.

ế Ti ng Anh.

5. A. Aharoni, E.H. Frei, S. Shtrikman, (1956), “Theoretical Approach to the

Asymmetrical Magnetization Curve”, Journal of Applied Physics, Vol. 30

(12), pp. 19561961.

6. A.J. Devasahayam, P.J. Slides and M.H. Kryder, (1998), “Magnetic temperature

and corrosion properties of the NiFe/IrMr exchange couple”, J. Appl. Phys,

83, p. 7216.

7. A. Layadi, J.W. Lee, J.O. Artman, (1988), “FMR and TEM studies of annealed

and magnetically annealed thin bilayer films”, J. Appl, Phys, 63, p.3808.

8. C.P. Bean, (1960), in: C.A. Neugebauer, J.B. Newkirk, D.A. Vermilyea (Eds),

Structure and properties of Thin Films, Wiley, New York, p. 331.

9. D. Mauri, H.C. Siegmann, P.S. Bagus, E. Kay, (1987), “Simple model for thin

ferromagnetic films exchange coupled to an antiferromagnetic substrate”, J.

Appl Phys, 62, p. 3047.

10. G. Anderson, Y. Huai, L. Miloslawsky, (2000), “CoFe/IrMn exchange biased

top, bottom, and dual spin valve”, Journal of Applied Physics, p. 6989

6991.

11. I.S. Jacob, in: G.T. Rado, H. Suhl(Eds), (1963), Magnetism, Academic Press,

New York, p.271.

12. J. Adrian Devasahayam and H. Mark Kryder, (1999),“Biasing Materials For

SpinValve Read Heads”, IEEE transaction on magnetics, vol.35(2), pp.

178 – 190.

13. J. Nogués, J. Sort, V. Langlais, V. Skumryev, S. Suriñach, J.S. Muñoz, M.D.

Baró, (2005), “Exchange bias in nanostructures”, J. Appl, Phys, 61, p.4255.

14. J. Nogues´, K.I. Schuller, (1998), “Exchange bias”, Journal of Magnetism and

Magnetic Materials, 192 , p.203—232.

15. L. JianPing, Q. ZhengHong, S. YuCheng, BAI Ru, L. JianLin, Z. JianGuo,

(2014), “Effect of Magnetic Annealing on IrMn Based Spin Valve

Materials with SAF Structure”, Journal of Inorganic Materials, Vol. 29(4),

pp. 411416.

16. M.N. Baibich, J.M. Broto, A. Fert, F. nguyen Van Dau, F. Petroff, P. Etienne,

G. Creuzet, A. Friederich and J. Chazelas, (1989), “Giant

Magnetoresistance of (001)Fe/(001)Cr Magnetic superlattices”, Phys. Rev.

Lett, Vol. 61, pp. 24722475.

17. M.T. Johnson, P.J.H. Bloemen, F.J.A. Broeder and J.J. de Vries, (1996),

“Magnetic anisotropy in metallic multilayers”, Rep. Prog. Phys, 59, p.1409.

18. N.G. Chechenin, P.N. Chernykh, S.A. Dushenko, I.O. Dzhun, A.Y. Goikhman,

V.V. Rodionova, (2014), “Asymmetry of Magnetization Reversal of Pinned

Layer in NiFe/Cu/NiFe/IrMn SpinValve Structure, Journal of

Superconductivity and Novel Magnetism”, Phys. Rev. Lett, Volume 27(6),

19. P.S. Anil Kumar and J.C. Lodder, (2000), “The spin valve transitor”, J. D.

Phys.: Appl. Phys, 33, pp. 2911–2920.

20. S.J. Bludell, J.A.C. Bland, (1992), “Polarized Neutron Reflection as a Probe of

Magnetic Films and Multilayers”, Phys. Rev, p. 3391.

21. V.K. Sankaranarayanan, S.M. Yoon, C.G. Kim, C.O. Kim, (2005), “Exchange

bias variation of the seed and top NiFe layers in NiFe/FeMn/NiFe trilayer

as a function of seed layer thickness”, Journal of Magnetism and Magnetic

Materials, 286, pp. 196–199.

Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu chế tạo màng mỏng đa lớp có cấu trúc spin van

ƯỜ

Ọ Ự

Ạ Ọ

ị ề

ễ

Ế Ạ

Ớ

Ỏ

Ứ

NGHIÊN C U CH T O MÀNG M NG ĐA L P

Ấ

CÓ C U TRÚC

SPIN VAN

ƯỜ

Ọ Ự

Ạ Ọ

ị ề

ễ

Ế Ạ

Ớ

Ỏ

Ứ

NGHIÊN C U CH T O MÀNG M NG ĐA L P

Ấ

CÓ C U TRÚC

SPIN VAN

13 MỞ ĐẦU .................................................................................................................

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MÀNG MỎNG TỪ TÍNH

14 ........................................

1.1. Màng mỏng.

14 .............................................................................................................

1.2. Dị hướng từ.

1.3. Các vật liệu sắt từ.

18 ..................................................................................................

1.4. Các chất phản sắt từ (AFM).

21 .................................................................................. 21 ................................................................................... 22 ................................................................

1.6. Giới thiệu về hệ có cấu trúc spin van.

29 .................................................................

1.7. Mục tiêu của luận văn.

30 ............................................................................................

Chương 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM

1 ...............................................

2.1. Chế tạo màng mỏng bằng phương pháp phún xạ.

2.2. Hiển vi điện tử quét (SEM).

7 ......................................................................................

2.3. Từ kế mẫu rung (VSM).

9 .............................................................................................

2.4. Phân tích nhiễu xạ tia X.

12 .........................................................................................

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

15 ................................................................

3.1. Màng mỏng NiFe.

3.2. Hệ vật liệu NiFe/IrMn.

18 ............................................................................................. 18 ..................................................................................................... 3.2.1. Kết quả đo tính chất từ.

3.3. Hệ vật liệu NiFe/Cu/NiFe/IrMn.

31 KẾT LUẬN ..............................................................................................................

32 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..........................................................................................

( g n ờ ư r t

ừ T

ớ

ề

ề

ớ Chi u dày l p IrMn (A

)

(

) = -

( N d

) = - dt

( = - NA dB dt

) ) s y t t n v u đ o ( C ộ ( đ y g t n i s ờ n ư e C t n

I

1,0

0,5

S

0,0

/

M M

-0,5

-1,0