Contribuții la studiul unor nanostructuri funcționale ... · REZUMATUL TEZEI DE DOCTORAT...

Universitatea "Alexandru Ioan Cuza" Iaşi

Facultatea de Fizică, Școala Doctorală

REZUMATUL TEZEI DE DOCTORAT

Contribuții la studiul unor nanostructuri

funcționale multistrat, cu aplicații în

domeniul spintronicii

Doctorand:

Petronela Pascariu (căs. Dorneanu)

Conducător ştiinţific:

Prof. Dr. Violeta Georgescu

Iaşi – 2011

IAŞI-2011

Universitatea ,,Alexandru Ioan Cuza” Iaşi

Vă facem cunoscut că în data de 8 septembrie 2011, ora 11:00, în Sala L1,

doamna Petronela Pascariu (căs. Dorneanu), va susţine, în şedinţă publică, teza

de doctorat:

Contribuții la studiul unor nanostructuri funcționale multistrat, cu

aplicații în domeniul spintronicii

în vederea obţinerii titlului ştiinţific de doctor în domeniul fundamental Ştiinţe

Exacte, domeniul Fizică.

Comisia de doctorat are următoarea componenţă:

Preşedinte: Prof. dr. Dumitru Luca

Decanul Facultăţii de Fizică, Universitatea ,,Alexandru

Ioan Cuza” Iaşi

Conducător ştiinţific: Prof. dr. Violeta Georgescu


Referenţi: Prof. dr. Viorel Pop

Universitatea ,,Babeş-Bolyai” Cluj-Napoca

C.P.I. dr. Cristian Mihail Teodorescu

Institutul Național de Cercetare Dezvoltare pentru Fizica

Materialelor, București

Prof. dr. Ovidiu Calțun


Vă transmitem rezumatul tezei şi vă invităm să participaţi la şedinţa publică a

tezei.

Doresc să aduc sincere mulțumiri conducătorului științific prof. univ. dr.

Violeta Georgescu, pentru încrederea acordată și atenta îndrumare manifestată pe

parcursul stagiului de doctorat, precum și pentru sugestiile valoroase ce au

contribuit la conturarea tezei în forma sa actuală.

De asemenea, aduc multumiri domnilor prof. dr. Liviu Leontie și asist. dr.

Valentin Nica pentru sprijinul acordat în vederea efectuării măsurătorilor de

Difracție de radiație X (XRD) de asemenea, domnului cerc. dr. Marius Dobromir

pentru masuratorile de spectroscopie de fotoelectroni (XPS).

Mulţumesc domnilor prof. dr. Ion Sandu și drd. Andrei Victor Sandu pentru

sprijinul acordat în realizarea măsurătorilor de microscopie electronică cu baleaj

(SEM).

Datorez mulţumirile mele colectivului “Magnetism, Modelare și Materiale

Avansate” în special domnilor prof. dr. Alexandru Stancu și lect. dr. Petronel

Postolache pentru ajutorul acordat în realizarea măsurătorilor magnetice VSM

(Dual system AGM/VSM MicroMag 2900/3900).

Mulţumesc întregului colectiv al Facultăţii de Fizică care a contribuit la

formarea mea profesională şi colegilor care mi-au oferit sprijinul şi prietenia lor.

În mod categoric, finalizarea tezei de doctorat nu ar fi fost posibilă fără

ajutorul şi sprijinul familiei cărora le mulţumesc pentru înţelegerea şi sprijinul

moral.

*

Experimentele prezentate în cadrul acestei teze s-au realizat cu sprijinul

financiar obţinut din “Proiect cofinanţat din Fondul Social European

prin Programul Operaţional Sectorial pentru Dezvoltarea Resurselor

Umane 2007 – 2013” (POSDRU/6/1.5/S/25).

*

Cuprins

1

Cuprins

INTRODUCERE..........................................................................................................................................5

CAPITOLUL I

Stadiul actual al cercetărilor în domeniul materialelor nanostructurate sub formă de

sisteme multistrat și valve de spin cu aplicații în domeniul spintronicii.................................8

I. 1. Prezentarea domeniului de studiu.....................................................................................................8

I. 2. Stadiul actual al cercetărilor în domeniul filmelor multistrat preparate electrochimic...................11

I. 2. Considerații generale privind fenomenele de magnetotransport în cazul nanostructurilor

magnetice...............................................................................................................................................14 I. 3. 1. Magnetorezistența anizotropă (AMR)..................................................................................14

I. 3. 2. Efectul de magnetorezistență gigant (GMR) în cazul filmelor multistrat............................15

I. 3. 3. Magnetorezistența gigant în sistemele granulare................................................................21

I. 3. 4. Magnetorezistența gigant în cazul sistemelor de tip valvă de spin.....................................23

I. 3. 5. Magnetorezistenţa tunel (TMR)...........................................................................................26

I. 3. 6. Magnetorezistenţa indusă prin cuplu de transfer al spinilor pentru electrodepunerea

sistemelor multistrat granulare.......................................................................................................27

I. 4. Aplicații ale sistemului multistrat și valve de spin .......................................................................27

CAPITOLUL II

Prezentarea metodei de depunere electrochimică a sistemelor multistrat și a metodelor

utilizate pentru caracterizarea acestor sisteme.................................................................30

II. 1. Noţiuni generale privind metoda de depunere electrochimică.....................................................30

II. 2. Potenţial electrochimic, potenţial de electrod absolut..................................................................33

II. 3. Distribuţia ionilor şi a moleculelor la interfaţa electrod/electrolit. Stratul dublu electric............34

II. 4. Procese specifice electrodepunerii metalelor și aliajelor din soluții apoase.................................38 II. 4.1. Influenţa difuziei ionilor în soluţie asupra electrodepunerii metalelor..............................40

II. 4. 2. Influenţa parametrilor de lucru asupra electrodepunerii metalelor și aliajelor.................41

II. 5. Cinetica procesului de nucleație în procesul electrodepunerii......................................................42

II. 6. Metode utilizate pentru caracterizarea straturilor subţiri multistrat și valve de spin....................45

II. 6. 1. Scurtă prezentare a metodelor utilizate pentru caracterizarea structurală a sistemelor

multistrat..........................................................................................................................................45

II. 6. 2. Metode de măsurare a caracteristicilor magnetice............................................................48

II. 6. 3. Metode de determinare a caracteristicilor de magneto-transport.....................................51

CAPITOLUL III

Contribuții privind prepararea, caracterizarea structurală și morfologică a unor

nanostructuri magnetice din sistemele multistrat [Co/Zn]n și [Zn/Co]n.........................54

Cuprins

2

III. 1. Prepararea electrochimică a structurilor multistrat [Co/Zn]n și [Zn/Co]n ................................54

III. 2. Cercetări privind stabilirea parametrilor de lucru pentru prepararea electrolitică a structurilor

multistrat [Co/Zn]n și [Zn/Co]n............................................................................................................56

III. 3. Studiul proceselor electrochimice prin voltametrie ciclică.........................................................60

III. 4. Determinarea grosimii straturilor subţiri din structura multistrat [Co/Zn]n și [Zn/Co]n.............62

III. 5. Alegerea şi prepararea seriilor de probe multistrat din sistemele [Co/Zn]n și [Zn/Co]n propuse

pentru cercetare......................................................................................................................................64

III. 6. Caracterizarea structurală a straturilor subţiri din sistemele [Co/Zn]n și [Zn/Co]n prin difracţie

de radiaţii X ..........................................................................................................................................67

III. 7. Caracterizarea filmelor multistrat de [Co/Zn]n și [Zn/Co]n folosind tehnica spectroscopiei de

fotoelectroni...........................................................................................................................................77

III. 8 Caracterizarea morfologică a structurilor multistrat din sistemele [Co/Zn]n și [Zn/Co]n prin

microscopie electronică.........................................................................................................................79

III. 9. Caracterizarea morfologică a filmelor multistrat din sistemele [Co/Zn]n și [Zn/Co]n prin

microscopia de forţă atomică.................................................................................................................83

III. 10. Concluzii parţiale.......................................................................................................................88

CAPITOLUL IV

Cercetări privind caracteristicile magnetice și de transport ale sistemelor multistrat

nanostructurate [Co/Zn]50 și [Zn/Co]50.............................................................................90

IV. 1. Caracterizarea straturilor subţiri din sistemele [Co/Zn]50 şi [Zn/Co]50 prin metode

inductometrice.......................................................................................................................................90

IV. 2. Determinarea caracteristicilor magnetice ale structurilor multistrat din sistemele [Co/Zn]50 şi

[Zn/Co]50 utilizând magnetometru cu probă vibrantă (VSM)......................................................99

IV. 3. Determinarea caracteristicilor magnetice a structurilor multistrat de [Co/Zn]50 şi [Zn/Co]50 prin

metoda magnetometrului de torsiune..................................................................................................102

IV. 4. Studiul magnetorezistenței în cazul probelor multistrat de [Co/Zn]50 şi [Zn/Co]50..................107

IV. 5. Magnetorezistența indusă prin efectul spin-transfer-torque pentru eșantioane granulare de

[Co/Zn]50 şi [Zn/Co]50.........................................................................................................................111

IV. 6. Concluzii parţiale......................................................................................................................116

CAPITOLUL V

Studii privind prepararea, caracterizarea structurală și morfologică a sistemelor de tip

valvă de spin [Ni-Fe/Zn/Co-Ni-N/Ni-Mn]......................................................................117 V. 1. Cercetări privind sitemul de tip valvă de spin [Ni-Fe/Zn/Co-Ni-N/Ni-Mn]............................117

V. 2. Prepararea electrochimică a structurilor sandwich de tip valvă de spin [Ni-Fe/Zn/Co-Ni-N/Ni-

Mn]......................................................................................................................................................119

V. 3.Selectarea şi prepararea seriilor de probe propuse pentru cercetare............................................124

V. 4. Caracterizarea structurală a structurilor sandwich de tip valvă de spin [Ni-Fe/Zn/Co-Ni-N/Ni-

Mn] prin difracţie de radiaţii X...........................................................................................................126

V. 5. Caracterizarea morfologică a structurilor sandwich de tip valvă de spin [Ni-Fe/Zn/Co-Ni-N/Ni-

Mn] prin microscopie electronică.......................................................................................................129

V. 7. Concluzii parţiale.......................................................................................................................133

Cuprins

3

CAPITOLUL VI

Caracteristicile magnetice și de magnetotransport ale sistemelor de tip valvă de spin

[Ni-Fe/Zn/Co-Ni-N/Ni-Mn]............................................................................................134 VI. 1. Caracterizarea prin metode inductometrice a structurilor sandwich de tip valvă de spin [Ni-

Fe/Zn/Co-Ni-N/Ni-Mn].....................................................................................................................134

VI.6.1. Caracterizarea sistemului [Ni-Fe/Zn/Co-Ni-N/Ni-Mn] cu variaţia grosimii stratului

nemagnetic de Zn.....................................................................................................................134


feromagnetic dur de Co-Ni-N...................................................................................................141


feromafnetic moale de Ni-Fe....................................................................................................145

VI. 2. Determinarea caracteristicilor magnetice ale sistemelor de tip valvă de spin [Ni80Fe20/Zn/Co-

Ni-N/Ni-Mn]n prin metoda magnetometrului de torsiune..................................................................149

VI. 3. Determinarea proprietăţilor de transport ale structurilor sandwich sistemelor de tip valvă de

spin [Ni-Fe/Zn/Co-Ni-N/Ni-Mn]........................................................................................................154


nemagnetic de Zn.......................................................................................................................154


feromagnetic dur de Co-Ni-N.....................................................................................................157

VI. 4. Curbele și diagramele FORC (FORC – First Order Reversal Curves) trasate pentu sistemul de

tip valvă de spin [Ni-Fe/Zn/Co-Ni-N/Ni-Mn]..................................................................................158

VI. 5. Concluzii parţiale...................................................................................................................165

CAPITOLUL VII

Concluzii generale ..............................................................................................................................166

Bibliografie ........................................................................................................................168

Activitatea științifică privind subiectul tezei de doctorat...................................................180

Introducere

4

Introducere

Nanotehnologia şi nanoştiinţele au câştigat în ultimul timp o importanţă deosebit de mare , atât din

punct de vedere al aplicaţiilor tehnologice, cât şi din punct de vedere al cercetărilor fundamentale. Una

dintre cele mai importante metode de preparare a materialelor funcționale nanostructurate sau a materialelor

sub formă de straturi subţiri este metoda electrochimică, utilizată pentru obținerea de filme din sisteme

multistrat, structuri de tipul valvă de spini, sau fire şi nanofire din diverse materiale.

Metodele electrochimice de preparare a materialelor magnetice nanostructurate sunt intens studiate

în ultimii ani, datorită creșterii performanțelor tehnologice în domeniul controlului (computerizat) mult mai

precis al condițiilor de preparare, cât și datorită avantajelor tehnologice aplicative: preț de cost redus,

posibilitatea de a realiza depuneri pe suprafețe foarte mari, sau pe suprafețe de diferite forme (de exemplu în

cavități, preparări de fire și nanofire, nanotuburi), posibilitatea de a preciza tehnologiile de preparare pentru

serii mari de eșantioane, posibilitatea de a realiza aplicații în domeniul structurilor cu efect de

magnetorezistența gigant sau de valve de spin sau în cel al micro- și nanosistemelor și de realizare a micro-

și nanofirelor magnetice.

Scopul acestei teze de doctorat este obținerea prin metoda de depunere electrolitică a unor

nanostructuri funcționale multistrat din sistemul [Co/Zn]n şi a unor structuri de tip valvă de spin [Ni-

Fe/Zn/Co-Ni-N/Ni-Mn], studierea proprietăţilor magnetice şi de transport ale acestora, în vederea găsirii

unor posibilităţi pentru aplicaţii specifice spintronicii cum ar fi: senzori magnetorezistivi complecşi,

rezistenți la coroziune și având cost redus, dispozitive MRAM (Magnetic Random Acces Memory).

Menționăm că nu am întâlnit în literatura de specialitate nici un studiu privind magnetorezistența în cazul

unor structuri multistrat care să conțină ca element nemagnetic Zn (diamagnetic) și nici aliajul feromagnetic

dur Co-Ni-N. De asemenea, nu am găsit publicații privind electrodepunerea și studiul proprietățiilor

magnetice și de transport ale sistemului de tip valvă de spin [Ni-Fe/Zn/Co-Ni-N/Ni-Mn].

Teza este structurată în șapte capitole. În primele două capitole sunt prezentate câteva aspecte

teoretice privind stadiul actual al al cercetărilor în domeniul filmelor multistrat şi sistemelor valvă de spin

cu potențial aplicativ, noțiuni generale cu privire la metoda de depunere electrolitică, influența diferiților

parametri de lucru asupra proceselor electrochimice (densitatea de curent, aditivi, pH, concentrația soluției,

temperatura, potențial). De asemenea, sunt prezentate metodele experimentale utilizate în cadrul tezei pentru

investigarea proprietăților structurale, morfologice, magnetice și de magneto-transport.

Introducere

5

Capitolul III prezintă modul de preparare şi rezultatele experimentale obţinute în urma măsurătorilor

structurale și morfologice ale filmelor magnetice multistrat din sistemele [Co/Zn]n și [Zn/Co]n. Ne-am

concentrat atenția asupra a două serii de probe: seria I în care primul strat electrodepus pe substrat este Co

(tCo = 5.0 nm) și se variază grosimea stratului de Zn (tZn=0.8 nm÷5.0 nm), iar seria II (începută cu Zn, cu

același domeniu de grosimi pentru straturile de Zn și de Co ca și în cazul seriei I). S-a urmărit care este

influența primului strat electrodepus pe suportul de Cu (Co sau Zn) și influența grosimii stratului de Zn

(tZn=0.8 nm÷5.0 nm) asupra propietăților structurale și morfologice.

Cel de-al patrulea capitol prezintă influența primului strat electrodepus (Co sau Zn) și a grosimii

stratului diamagnetic de Zn asupra propretăților magnetice și de magneto-transport ale sistemelor magnetice

multistrat [Co/Zn]n și [Zn/Co]n. De asemenea sunt studiate mai în detaliu efectele de magnetorezistență și

magnetorezistență indusă prin efectul spin-transfer-torque pentru eșantioane granulare de [Co/Zn]n şi

[Zn/Co]n.

În capitolul V prezentăm cercetările efectuate pentru prepararea, caracterizarea structurală și

morfologică a sistemului de tip valvă de spin [Ni-Fe/Zn/Co-Ni-N/Ni-Mn]. Pentru aceasta ne-am propus sa

realizăm o structură de tip sandwich (valvă de spin) compusă dintr-un strat feromagnetic moale de NiFe

(permalloy), un strat intermediar de Zn, un material magnetic dur Co-Ni-N și un material antiferomagnetic

de Ni-Mn. Scopul nostru a fost de a favoriza formarea unei structuri granulare prin introducerea în

compoziția acestui sistem a unui element (Zn) nemiscibil cu elementele feromagnetice (fapt demonstrat din

diagramele de fază precum și din sistemul multistrat Co/Zn studiat în capitolele III și IV) și de asemenea

prin utilizarea aliajului Co-Ni-N în care adiția azotului în stratul de aliaj Co-Ni favorizează creșterea de tip

granular.

Capitolul VI prezintă influența grosimii stratului diamagnetic de Zn, a stratului feromagnetic moale

de Ni-Fe și stratului feromagnetic dur, asupra proprietăților magnetice și de magneto-transport ale filmelor

de tip valvă de spini. Scopul principal al tezei este acela de a obține prin metoda de depunere electrolitică

sisteme multistrat și tip valvă de spin aderente, cu structură granulară care să prezinte în principal proprietăți

magnetice de interes pentru aplicații în microelectronică, înregistrări magnetice etc. Anizotropia magnetică,

curba de primă magnetizare, caracteristicile magnetice extrinseci (câmp coercitiv, câmp de anizotropie,

pierderi de energie prin histerezis rotațional) sunt câteva dintre mărimile pe care le-am investigat în acest

capitol.

În capitolul VII sunt sintetizate concluziile privind rezultatele experimentale proprii. În finalul tezei

am realizat corelări între datele experimentale obținute și am prezentat activitatea științifică desfășurată pe

toată durata tezei.

Stadiul actual al cercetărilor în domeniul materialelor nanostructurate sub formă de sisteme multistrat și valve de spin cu aplicații în domeniul spintronicii

6

Capitolul I

Stadiul actual al cercetărilor în domeniul materialelor

nanostructurate sub formă de sisteme multistrat și valve de spin cu

aplicații în domeniul spintronicii

Ne-am propus ca obiectiv de noutate științifică să realizăm un nou sistem multistrat, format dintr-

un element diamagnetic – Zn și Co ca element feromagnetic. Menționăm că acestea ar fi, după cunoștința

noastră, primele rezultate din literatura de specialitate privind studiul fenomenelor de magneto-transport

în cazul nanostructurilor magnetice granulare de tipul [Co/Zn]n și [Zn/Co]n .

Structurile de tip valvă de spin au avantajul că prezintă un efect de magnetorezistență mare,

precum și sensibilități crescute în domenii mici ale câmpului, acestea fiind cerințe importante pentru

majoritatea aplicațiilor de detecție, în special pentru senzori de câmp magnetic.

Una dintre cele mai importante metode de preparare a materialelor funcționale nanostructurate sau

a materialelor sub formă de straturi subţiri, straturi subţiri din sisteme multistrat şi nanofire este metoda

electrochimică cuprinzând (depunerea electrochimică sau depunerea electrolitică). Pentru depunerea

sistemelor nanostrucurate [Co/Zn]n și a sistemului de tip valvă de spin din sistemul [Ni-Fe/Zn/Co-Ni-

N/Ni-Mn] studiate în cadrul tezei de doctorat am ales metoda de depunere electrolitică datorită faptului că

este o metodă de depunere relativ simplă, bazată pe o tehnologie cu cost redus şi cu o scală largă de

aplicaţii.

În literatura de specialitate au fost mult studiate straturile subţiri electrodepuse din sistemele

multistrat Co-Cu/Cu, Ni-Cu/Cu, Co(Ru)/Ru, Ni/Cu [13-17], pentru care au fost obținute valori

apreciabile ale valori magnetorezistenţei, valori comparabile cu cele ale straturilor obţinute cu tehnicile

de depunere în vid. Aceste rezultate au făcut să crească interesul pentru metodele de preparare

electrochimică a unor astfel de structuri.

Am întâlnit în literatura de specialitate un studiu privind prepararea, caracterizarea structurală şi

proprietăţile de magnetotransport în cazul sistemului multistrat format din aliajul CoZn alternând cu

straturi nemagnetice de Cu [32] și Co alternând cu straturi din aliaj CoZn [33].

Efectul de magnetorezistență a fost observat pentru prima data la nanostructurile multistrat

FM/NM (sistemul multistrat Fe/Cr) depuse alternativ pe un substrat de GaAs (001) [4, 9].


7

Figura I. 3. Variaţia rezistenţei electrice în funcţie de câmpul

magnetic aplicat pentru sistemul multistrat Fe/Cr [4].

S-a demonstrat existenta unor forme diferite de interacţiune, datorate fie interacţiunii de schimb,

fie interacţiunii magnetostatice (dipolare) [8]. Structura cea mai simplă în care este prezent cuplajul de

schimb este formată din două straturi feromagnetice suprapuse, în interacţiune prin schimb direct. O

asemenea interacţiune poate fi pozitivă, impunând orientarea paralelă a magnetizaţiilor celor două

straturi, sau negativă, ceea ce duce la orientarea lor antiparalelă. O structură mai complicată se poate

obţine cuplând două straturi feromagnetice prin intermediul unui strat slab magnetic; dacă însă spinii

stratului intermediar se rotesc uniform, această structură se poate dovedi mai simplă decat precedenta.

Strâns legat de cazul anterior este cuplajul fero-antiferomagnetic (cu anizotropie de schimb), observat

atunci cand stratul feromagnetic se află în contact de schimb cu cel antiferomagnetic.

Două straturi magnetice separate printr-un strat nemagnetic pot fi cuplate prin intermediul

cuplajului magnetostatic. Există două fenomene magnetostatice diferite: cuplajul magnetostatic normal,

asigurat de câmpul de dispersie şi care produce o interacţiune negativă, şi cuplajul în ,,coajă de

portocală’’, care determină o interacţiune pozitivă, dar care a putut fi identificat numai în cazul straturilor

cuplate negativ prin schimb [47]. Figura I. 4 reprezintă schema unui cuplaj de tip coajă de portocală.

Figura I. 4. Secțiunea transversală a unei structuri multistrat FM/NM/FM unde rugozitatea de la interfețe

cauzează cuplajul magnetostatic sau coajă de portocală dintre straturile feromagnetice [48].

Există trei procese importante care pot afecta efectul de magnetorezisteță gigant (GMR) și anume:


8

a) împrăștierea dependentă de spin din interiorul straturilor magnetice;

b) împrăștierea dependentă de spin de la interfețe;

c) reflexia la interfețele dintre straturi datorită neconcordanței structurale a acestora.

La scurt timp după descoperirea efectului de magnetorezistență gigant în structurile magnetice

multistrat, acest efect a fost pus în evidență și în sistemele magnetice granulare. Aceste sisteme sunt aliaje

heterogene și constau din particule feromagnetice nanocristaline (clusteri) înglobați într-o matrice

nemagnetică. Acest efect a fost observat în aliaje heterogene cu matrice metalică Co-Cu [52, 53], Co-Ag

[54 - 56], Ag-Fe [57, 58], aliaj CuFe [59], formate din elemente care nu formează soluții solide.

Dieny și colaboratorii au fost primii care au propus un nou tip de structură cu valori mari ale

efectului de magnetorezistență gigant și anume sistemul de tip valvă de spin (VS) [11]. Structura numită

valvă de spin constă dintr-un strat feromagnetic moale separat printr-un strat nemagnetic dintr-un al

doilea strat feromagnetic, care are magnetizația fixată într-o direcție dată (pinned) prin intermediul

interacțiunilor de schimb cu un strat antiferomagnetic (de exemplu un strat din aliaj Fe-Mn, Ni-Mn).

Fenomenul prin care un strat antiferomagnetic impune o direcție preferențială a magnetizării într-un strat

feromagnetic adiacent se numește polarizare de schimb (exchange bias).

Efectul de magnetorezistență gigant (GMR) [4] și efectul de transfer spin-torsiune - spin transfer

torque (STT) sunt două efecte strâns legate atât ca importanță științifică cât și tehnologică. Ambele efecte

au fost observate pentru prima dată în sistemele multistrat compuse dintr-un material feromagnetic (F) și

unul nemagnetic (N), cum ar fi de exemplu sistemul Co/Cu. Pe de altă parte, așa cum a prezis

Slonczewski [67] și Berger [68], curentul de polarizare a spinului poate comuta momentele cinetic din

stratul feromagnetic, inducând un cuplu al magnetizației (s-a stabilit ulterior și experimental [69-72]).

Astfel, momentul magnetic poate trece de pe o stare pe alta (spin up sau spin down) sau poate oscila în

jurul poziției de echilibru la frecvențe de ordinul microundelor; acest fenomen se numește cuplu de

transfer al spinilor.

La puţin timp după descoperirea efectului GMR, acesta şi-a găsit aplicaţii multiple în diverse

domenii de activitate. Amintim ca realizări aplicative: capete de citire a discurilor magnetice, senzori

magnetici folosiţi la controlul rotaţiei diferitelor obiecte, dispozitive de tip "fast logic", dispozitive de

stocare a informației de densitate ridicată, memorii magnetoresistive sau magnetooptice, dispozitive

logice, un mare număr de aplicaţii în medicină implică detectarea câmpurilor magnetice foarte slabe,

pentru monitorizarea câmpurilor magnetice ale funcţiilor fiziologice.

Prezentarea metodei de depunere electrochimică a sistemelor multistrat și a metodelor utilizate pentru caracterizarea acestor sisteme

9

Capitolul II

Prezentarea metodei de depunere electrochimică a sistemelor

multistrat și a metodelor utilizate pentru caracterizarea acestor

sisteme

II. 1. Noţiuni generale privind metoda de depunere electrolitică

Ne-am propus să preparăm straturi subțiri din sisteme multistrat și structuri de tip valvă de spin pe

care să le studiem în cadrul tezei de doctorat preparate prin metoda de depunere electrochimică. Este o

metodă ieftină, și având în vedere scopul aplicativ al lucrării, acest lucru este destul de important. Metoda

are la bază utilizarea unei celule electrochimice ce constă din trei electrozi în contact cu soluția de

electrolit, care este un conductor ionic.

Trecerea unui curent electric printr-un conductor electronic are loc fără transport de masă, numai

prin deplasarea electronilor. În cazul conductorilor ionici (soluţii sau topituri de electroliţi), trecerea

curentului electric este însoţită de transportul de masă (transportul ionilor).

Relaţia dintre cantitatea de substanţă formată prin electroliză şi sarcina consumată a fost găsită pe

cale experimentală de către Faraday şi se exprimă cantitativ cu ajutorul celor două legi ale electrolizei:

1. Masa de substanţă transformată la electrod, m, este proporţională cu sarcina consumată, Q:

Qkm e (II.1)

unde constanta de proporţionalitate ke este numită echivalentul electrochimic al substanţei.

2. Pentru transformarea unei cantităţi de substanţă egală cu echivalentul său chimic, este necesară

o cantitate de electricitate egală cu cantitatea de electricitate transportată de un mol de substanță [80, 81].

II. 2. Potenţial electrochimic, potenţial de electrod absolut

Particula încărcată electric se poate afla atât sub influenţa interacţiunilor electrice cât şi a celor

chimice, din acest motiv se definesc trei tipuri de potenţiale electrice de electrod şi anume:

a) Potenţialul electric extern sau potenţialul Volta (notat cu ψ) [82]:


10

04

Q

r

(II.4)

b) Potenţialul electric intern sau potenţialul Galvani (notat cu ф).

c) Potenţialul electric de suprafaţă χ.

II. 3. Distribuția ionilor și a moleculelor la interfața electrod/electrolit. Stratul dublu

electric

În figura II. 3 este reprodus schematic modelul Grahame pentru căderea de potenţial în stratul

dublu, în care se consideră şi diversele specii absorbite la interfaţa metal – electrolit; stratul Helmholtz

apare alcătuit din două planuri: unul interior (PHI) şi altul exterior (PHE).

Stratul dublu electric (SDE) se defineşte ca fiind regiunea interfacială neomogenă de grosime

finită, prin care există o variaţie apreciabilă de densitate de sarcină şi creează o diferenţă de potenţial

electric la extremităţile sale. Separarea sarcinilor conduce la formarea unui strat dublu electric [82, 83].

II. 4. Procese specifice electrodepunerii metalelor și aliajelor din soluții apoase

Electrodepunerea metalelor se efectuează din soluţiile unor săruri simple sau complexe ale

metalelor. În cazul combinaţiilor simple dizolvate în apă, reacţia globală catodică se poate scrie:

2

z

ag cristM ze M nH O (II.15)

Figura II. 3. Modelul lui Grahame şi profilul

căderii de potenţial în stratul dublu [84].


11

Descărcarea metalelor din soluţii apoase decurge întotdeauna la un potenţial M mai negativ

decât potenţialul de echilibru ,e M al metalului în condiţii date. Diferenţa dintre cele două potenţiale

corespunde polarizării electrodului şi constituie o măsură a supratensiunii [85, 86].

,M e M (II.17)

Mărimea supratensiunii (η) este dependentă de natura proceselor de electrod şi variază cu

densitatea de curent. Supratensiunea reprezintă unul dintre parametrii ce pot controla creşterea stratului

de metal electrodepus [85-87].

Morfologia, compoziția, structura și proprietățiile magnetice și de transport ale straturilor subțiri

din sisteme multistrat și valve de spin obținute prin electrodepunere depind de câțiva parametrii de lucru

și anume: densitatea de curent; agitarea electrolitului; filtrarea electroliţilor; temperatura

electrolitului; concentraţia sărurilor; concentraţia ionilor hidrogen; influenţa unor adaosuri [88,

89].

Se demonstrează că la nucleația fără efecte de margine și fără difuzie, răspunsul de curent în

funcție de timp, la metoda saltului de potențial, este de forma:

3'2 AtKeKAtI (II. 18)

pentru nucleația bidimensională progresivă (germenii apar progresiv) și de forma:

2

0' tNB

BteI

(II.19)

pentru nucleația bidimensională instantanee (toți germenii apar în același timp); K, K’, B și B’ sunt

constante caracteristice elementului care se depune, A este viteza nucleației iar N0 numărul inițial de

germeni. Reprezentările grafice ale ecuațiilor (II. 18) și (II. 19) sunt redate în figura 4 a) și b) iar

densitățiile de curent maxime jm și timpii tm corespunzători se obțin prin derivarea ecuațiilor (II. 18) și (II.

19).

(a) (b)

Figura II. 4. Variația teoretică a densității de curent cu timpul, în cursul nucleației progresive (a) și

instantanee (b).

(a)

(b) (a)


12

II. 6. Metode utilizate pentru caracterizarea straturilor subţiri multistrat și valve de

spin

II. 6. 1. Metode de caracterizare structurală și morfologică a sistemelor multistrat și valve de spin

1) Difracţia de raze X (XRD)

2) Spectrometria de raze X cu fotoelectroni (XPS)

3) Microscopie electronică de baleiaj (SEM).

4) Microscopia de forţă atomică (AFM)

II. 6.2. Metode de măsurare a caracteristicilor magnetice

1) Metoda de trasare a ciclului de histerezis în curent alternativ.

2) Metoda magnetometrului de torsiune.

3) Magnetometrul cu probă vibrantă (VSM).

II. 6. 3. Metode de determinare a caracteristicilor de magneto-transport

Figura II. 9. Schema experimentală a dispozitivului

pentru măsurarea magnetorezistenţei în configurațiile

CIP - longitudinal (a), CIP - transversal (b) și CPP (c).

Am încercat să realizăm un experiment prin care să punem în evidență fenomene mai complexe

din spintronică. Astfel, dispozitivul a cărui schemă este prezentată în figura II. 10, conține 4 electrozi cu

vârf de contact din Au, notați A, B, C, D, presați cu arc pe probă. Între electrozii A și B situați pe fețele

opuse ale filmului multistrat se trece un curent electric continuu de intensitate variabilă în domeniul ± 1

A. Căderea de potențial (V) pe probă între contactele C și D (notat V în schema din figura IV. 3) s-a

măsurat cu ajutorul unui multimetru digital HAMEG HM 8112-6.

Figura IV. 10. Schema experimentală a dispozitivului

pentru măsurarea efectului de spintorque (rotire a

spinilor) în structuri multistrat.

e

R

V

I H

B

A C

D

E

(c) B

A kΩ

i H

kΩ i

H

A B i

kΩ H A B

(a) (b)

Contribuții privind prepararea, caracterizarea structurală și morfologică a unor nanostructuri magnetice din sistemele multistrat [Co/Zn]n și [Zn/Co]n

13

Capitolul III

Contribuții privind prepararea, caracterizarea structurală și

morfologică a unor nanostructuri magnetice din sistemele multistrat

[Co/Zn]n și [Zn/Co]n

III. 1. Prepararea electrochimică a structurilor multistrat [Co/Zn]n și [Zn/Co]n

În acest capitol al tezei mi-am propus să prezint rezultatele experimentale obținute în cadrul tezei

de doctorat cu privire la prepararea, caracterizarea structurală și morfologică ale nanostructurilor

multistrat [Co/Zn]n și [Zn/Co]n. Ca obiectiv de noutate științifică am dorit să realizăm un nou sistem

multistrat, format dintr-un element diamagnetic – Zn și Co ca element feromagnetic. Menționăm că

acestea ar fi, după cunoștința noastră, primele rezultate din literatura de specialitate privind studiul

fenomenelor de magneto-transport în cazul nanostructurilor magnetice granulare de tipul [Co/Zn]n și

[Zn/Co]n.

Pentru a mări efectul de magnetorezistenţă gigant în astfel de structuri (prin cuplaj

antiferomagnetic la interfaţa dintre cristalite) ne propunem în cercetările noastre experimentale să

realizăm printr-o tehnică ieftină (depunere electrochimică) nanostructuri granulare multistrat [Co/Zn]n şi

să studiem proprietăţiile lor, în scopul găsirii unei aplicaţii tehnologice.

Ne-am propus să studiem astfel de efecte în cazul structurilor multistrat ce încep cu Zn și în cazul

celor ce încep cu Co, notate [Co/Zn], respectic [Zn/Co]. De asemenea, variaţia grosimii stratului de Zn

nemagnetic poate conduce la modificări semnificative ale proprietăţiilor magnetice şi de transport ale

filmelor multistrat și vom studia aceste aspecte.

III. 2. Cercetări privind stabilirea parametrilor de lucru pentru prepararea

electrolitică a structurilor multistrat [Co/Zn]n și [Zn/Co]n

Reacţiile electrochimice care au loc la electrod în cazul depunerii zincului şi respectiv cobaltului

sunt urmatoarele:


14

Reacţia electrochimică Potentialul de reducere reversibil (V/EHS)

)(

2

)( 2 saq CoeCo -0,28

)(

2

)( 2 saq ZneZn -0,76

Reacţii secundare -

OHeHO 22 244 1,229

222 HeH 0

OHHeOH 222 22 -0,828

Electrodepunerea structurilor multistrat [Co/Zn]n și [Zn/Co]n a fost realizată utilizând regimul de

depunere potentiostatic (potentialul menţinându-se constant) într-o celulă cu trei electrozi şi anume:

catod, anod, electrod de referinţă. Drept electrod de referinţă am folosit un fir subţire de platină înglobat

în sticlă, cu aria de contact în soluţie de 0.06 mm2. Potențialul de referință a firului de platină este (-1.188

V) măsurat față de potențialul H. Am utilizat Pt ca electrod de referință deoarece este un metal inert care

nu oxidează. Electrodul de lucru a fost din folie de Cu sub forma unui disc, cu diametrul 20 mm şi având

o structură policristalină cfc texturată (100). Electrodul auxiliar a fost un disc din folie de Pt cu acelaşi

diametru ca şi catodul, cu scopul realizării unei distribuţii uniforme a liniilor câmpului electric între anod

şi catod.

În figura III. 1 este reprezentată schema instalaţiei experimentale pentru realizarea procesului de

electrodepunere.

Figura III. 1. Schema de principiu a instalaţiei de preparare de filme multistrat în sistem de baie dublă, prin

metoda depunerii electrolitice.

Filmele multistrat [Co/Zn]n s-au realizat prin depunere electrolitică utilizând două celule de

depunere conținând soluțiile notate I şi II, pentru depunerea Co, respectiv Zn. Tensiunea aplicată între

anod și catod a fost menţinută pentru ambele straturi (de Co, respectiv de Zn) la o valoare constantă,

stabilită la -3V prin experimente preliminare iar pH-ul soluţiilor a fost menţinut la valoarea de 5.0 pe

toată perioada depunerii filmelor multistrat. Depunerea s-a făcut la temperatura camerei.


15

Pentru depunerea Co, respectiv a Zn, am folosit două soluţii de electrolit (notate I și II), a căror

compoziţie este prezentată în tabelul 1. S-a folosit ca solvent apa dublu distilată.

Compoziţia electrolitului de Co

(Soluția I)

Compoziţia electrolitului de Zn

(Soluția II)

CoSO4.7H2O 20g/l ZnSO4

.7H2O 40 g/l

- - (CH3COO)2Zn.2H2O 20 g/l

H3BO3 30 g/l H3BO3 30 g/l

NaCl 40 g/l NaCl 40 g/l

Na2SO4.10H2O 40 g/l Na2SO4

.10H2O 40 g/l

(CH3CH2OH)3N 0.8ml/l (CH3CH2OH)3N 0.8ml/l

H2O 1l H2O 1l

Tabel 1. Compoziţiile celor două soluţii de electrolit utilizate pentru depunerea filmelor multistrat

[Co/Zn]n și [Zn/Co]n.

Înainte de depunerea sistemelor multistrat [Co/Zn]n şi [Zn/Co]n s-au preparat separat straturi

subţiri de Co şi respectiv Zn, pentru optimizarea parametilor de depunere. Grosimea acestor straturi de

Co şi Zn a fost controlată prin densitatea de curent şi timpul de depunere.

III. 3. Studiul proceselor electrochimice prin voltametrie ciclică

În figurile III. 2 și III. 3 prezentăm voltamogramele înregistrate de noi în cazul depunerii unui

strat de Co (figura III. 2) și respectiv Zn (figura III. 3) din soluțiile I și II (tabel I).

Voltamogramele din figurile III. 2 și III. 3 au un aspect tipic pentru descrierea proceselor de

electrodepunere a ionilor metalici atunci când se realizează prin procese de nucleație și creștere a

cristalitelor: la potențiale mai mici decât -0.92 V, valoarea curentul electric înregistrat este

nesemnificativ, iar apoi, după depășirea unui anumit prag (potențial de descărcare), în momentul începerii

descărcării ionilor de Co și Zn și a declanșării nucleației stratului, curentul crește rapid.

Figura III. 2. Curba de voltametrie ciclică J(U)

trasată în cazul soluției I pentru depunerea Co.

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

0

20

40

60

80

100

120

140

F

B

J (

mA

/cm

2)

Uref (V)

Co

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5

0

50

100

150

200

F

B

J (

mA

/cm

2)

Uref (V)

Zn

Figura III. 3. Curba de voltametrie ciclică J(U)

trasată în cazul soluției II pentru depunerea Zn.


16

În figura III. 4 sunt prezentate curbele de cronoamperometrie adică de dependență a densității

curentului electric (J) de timpul de depunere (t), pentru depunerea unui stratde Zn și respectiv, Co, cu

parametrii de electroliză fixați la valorile pH=5, T=230C, U= -3 V, atât pentru soluția I (Zn) cât și pentru

soluția II (Co).

0 100 200 300 400 5004

6

8

10

12

14

J (

mA

/cm

2)

t (s)

Zn

Co

Atât în cazul depunerii stratului de Co cât și a celui de Zn intensitatea curentului electric are o

valoare maximă în primele secunde al depunerii acestor straturi după care variază foarte lent. În acele

prime momente au loc primele stadii de nucleație, iar stratul de Cu se acoperă cu primul strat de material

feromagnetic de Co respectiv, diamagnetic de Zn. Urmează apoi creșterea acestor nuclee și foramrea

stratului compact prin coalescența lor.

Pentru măsurarea grosimii straturilor subţiri individuale de Co sau de Zn am utilizat două metode

de măsurare: metoda interferometică şi metoda gravimetrică. Grosimile straturilor individuale de Co,

respectiv de Zn au fost determinate prin metoda cântăririi probelor, utilizând o microbalanță cu o eroare

de masurare de 10-6

g şi deasemeni prin metoda interferometrică utilizându-se un microscop interferenţial

(tip Linnik). Aceste rezultate au fost apoi comparate cu o a treia metodă pentru verificarea grosimii

straturilor, prin calcul, utilizând legea Faraday, aşa cum se procedează în foarte multe lucrări de

electrochimie pentru exprimarea grosimilor în structurile multistrat [90].

Prin aceste experimente am determinat apoi vitezele (ratele) de depunere pentru Co şi pentru Zn,

exprimate în nm/C ( vCo=58 nm/C şi vZn=128 nm/C). Grosimea nominală obținută pentru depunerea

stratului de Co este de 0.2 nm/s, respectiv 0.7 nm/s pentru Zn.

III. 5. Alegerea şi prepararea seriilor de probe multistrat din sistemele [Co/Zn]n și

[Zn/Co]n propuse pentru cercetare

Există următorii parametri importanţi care ar putea influenţa caracteristicile funcţionale (mai ales

magnetorezistenţa) ale multistraturilor de [Co/Zn]n şi anume:

Figura III. 4. Densitatea de curent electric în

funcție de timp, pentru electrodepunerea unui strat

de Co, respectiv Zn, din soluțiile I și II.


17

grosimea stratului nemagnetic din structura multistrat;

grosimea stratului magnetic din structura multistrat;

natura primului strat electrodepus (fie Co, fie Zn), care influenţează morfologia structurii

multistrat, datorită proceselor de nucleaţie şi de creştere diferite în cazul celor două

metale.

Tabel 2. Notații privind grosimile straturilor de Zn și Co din seriile de probe preparate pentru sistemele

[Co/Zn]n şi [Zn/Co]n

După prepararea acestor serii de probe din sisteme multistrat ne-am propus să studiem

proprietățiile structurale, morfologice, magnetice și de transport în scopul obținerii unor aplicații

tehnologice.

III. 6. Caracterizarea structurală a straturilor subţiri din sistemele [Co/Zn]n și

[Zn/Co]n prin difracţie de radiaţii X

În figura III. 5 am reprezentat difractogramele de raze X pentru Zn (figura 5a) şi respectiv Co

(figura 5b) cu o grosime a straturilor în jur de 400 nm.

Prin identificarea picurilor de difracţie, din aceste difractograme rezultă că straturile de Zn şi Co

se depun cu structura hcp, în condițiile experimentelor noastre. Substratul folosit la electrodepunere a fost

Cu sub forma unui disc având diametru 20 mm şi o structură policristalină texturată (100).

Mărimea medie a grăunţilor cristalini calculată din aceste difractograme utilizând ecuaţia Debye -

Scherer este pentru Co de (3÷7 nm) iar a celor de Zn de (23÷27 nm).

Seria I → [Co/Zn]50

proba tCo

(nm)

tZn

(nm)

Nr. perioade

S1 5.0 5.9 50

S2 5.0 5.0 50

S3 5.0 2.7 50

S4 5.0 1.9 50

S5 5.0 0.8 50

Seria II → [Zn/Co]50

proba tZn

(nm)

tCo

(nm)

Nr. perioade

S6 5.9 5.0 50

S7 5.0 5.0 50

S8 2.7 5.0 50

S9 1.9 5.0 50

S10 0.8 5.0 50

Seria III→ [Co/Zn]n

proba tZn

(nm)

tCo

(nm)

Nr. perioade

S12 2.7 3.0 75

S13 2.7 2.3 107

S14 2.7 1.5 150

S15 2.7 5.0 50


18

Figura III. 5. Difractogramele de raze X pentru Zn şi respectiv Co (≈400nm) depuse pe substrat de Cu: a)

Zn şi b) Co.

Gradul de orientare cristalografică, T(hkl), se calculează ţinând cont de intensităţile maximelor de

difracţie standard respectiv cele pentru eşantioanele preparate [122, 123].

n

hklIhklIN

hklIhklIhklTC

)(/)(

)(/)()(

0

1

0 , (III. 9)

unde: I(hkl) reprezintă intensitatea relativă măsurată pentru planele hkl, I0(hkl) intensitatea standard

pentru planele hkl luate din fișele ASTM, N numărul de reflexii și n numărul de picuri de difracție.

În figurile III. 6 şi III. 7 reprezentăm difractogramele de raze X pentru probele S2→[Co(5.0

nm)/Zn(5.0 nm)]50 şi S7→[Zn(5.0 nm)/Co(5.0 nm)]50.

Din difractogramele de raze X reprezentate în figura III. 6 putem observa că atât în cazul probelor

începute cu Co cât și a celor începute cu Zn avem o orientare preferențială a graunților cristalini de Zn

de-a lungul planului (101) pentru o valoare a unghiului de aproximativ 43.290.

30 40 50 60 70 80500

550

600

650

700

750

800

Zn

(1

00

)

a)

Zn

(1

03

)

Zn

(1

02

)

Cu

(2

20

)

Cu

(2

00

)

Cu

(1

11

)

Zn

(1

01

)

Zn

(0

02

)

Inte

nsita

tea

lin

iei d

e d

ifra

ctie

(u

.a)

2grade

30 40 50 60 70 80

20

40

60

80

100

b)

Co

(2

00

) Co

(1

10

)

Co

(1

0.1

)

Co

(0

0.2

)C

o (

10

.0)

2 (grade)

Inte

nsita

tea

lin

iei d

e d

ifra

ctie

(u

.a)

20 40 60 80 100 120

100

200

300

400

500

Co

(1

11

)C

o (

00

2.)

Zn

(1

14

)Cu

(3

11

)

Cu

(2

20

)

Zn

(1

02

)C

u (

20

0)

Zn

(1

01

)C

u (

11

1)

Zn

(1

00

)Z

n (

00

2)

Inte

nsi

tate

a li

nie

i de d

ifra

ctie

(u

.a)

2 (grade)

S2

S7

44 45 46 47 48700

750

800

850

900

950

1000

Co

(1

11

)

Co

(0

02

.)

Inte

nsi

tate

a li

nie

i de d

ifra

ctie

(u

.a)

2 (grade)

S2

S7

Figura III. 6. Difractogramele de raze X pentru

probele S2 şi S7 depuse pe suport de Cu.

Figura III. 7. Difractogramele de raze X pentru probele S2 şi

S7 reprezentată în intervalul unghiular 44÷480.


19

Pe baza difractogramelor de raze X am determinat acești parametrii, iar valorile acestora le-am

sistematizate în tabelul 3 .

Tabel 3. Valorile parametrilor structurali pentru probele începute cu Co și respectiv Zn.

Valorile calculate pentru parametrul reţelei cristaline, c, pentru ambele probe este mai mic față de

valoarea standard din fișele ASTM (c=4,947 Å pentru Zn și c=4,360 Å pentru Co), ceea ce arată că, din

cauza apariţiei microtensiunilor dintre cristalite, celula elementară este deformată.

În figurile III. 8 şi III. 9 reprezentăm difractogramele de raze X pentru probele S5 → [Co(5.0

nm)/Zn(0.8 nm)]50 şi S10 → [Zn(0.8 nm)/Co(5.0 nm)]50 pentru structura multistrat începută cu Co,

respectiv cu Zn.

Pe măsură ce grosimea stratului de Zn din structura multistrat scade, valoarea coeficientului de

textură TC scade de la 1.59 (pentru proba S2) la 1.07 (pentru proba S5) obținut pentru planul (101), ceea

ce înseamnă că în cazul probei S5 avem o orientare aleatorie a grăunților cristalini de Zn de-a lungul

acestei axe, comparativ cu proba S2, la care orientarea preferențială este în lungul axei (101).

Nr. Proba Proba hkl 2θ (grade) dhkl(Å) a(Å) c(Å) D(Å) εstr (x 10-3

)

S2 Co(5.0 nm)/Zn(5.0 nm)

002

100

101

002

111

36.53

38.99

43.29

44.14

45.26

2.457

2.308

2.088

2.049

2.001

2.665

2.673

2.451

4.915

4.099

130

156

161

290

331

8.4

6.6

5.8

3.2

2.7

S7 Zn(5.0 nm)/Co(5.0 nm) 002

100

101

002

111

36.42

39.06

43.37

44.15

45.25

2.464

2.304

2.084

2.049

2.008

2.660

2.656

2.450

4.929

4.099

149

211

133

290

331

7.4

4.9

7.0

3.2

2.7

20 40 60 80 100 120100

200

300

400

500

Co

(1

11

)

Co

(0

02

.)

Zn

(11

4)

Cu

(3

11

)

Zn

(1

04

)

Cu

(2

20

)

Cu

(2

00

)

Zn

(1

01

)C

u (

11

1)

Inte

nsi

tate

a li

nie

i de d

ifra

ctie

(u

.a)

2 (grade)

S5

S10

44 45 46 47 48700

750

800

850

900

950

1000

Co

(0

02

.)

Co

(1

11

)

Inte

nsi

tate

a li

nie

i de d

ifract

ie (

a.u

)

2 (grade)

S5

S10

Figura III. 8. Difractogramele de raze X pentru probele S5

→ [Co(5.0 nm)/Zn(0.8 nm)]50 şi

S10 → [Zn(0.8 nm)/Co(5.0 nm)]50 depuse pe suport de Cu.

Figura III. 9. Difractogramele de raze X pentru

probele S5 şi S10 reprezentată în intervalul

unghiular 44÷480.


20

Atât pentru proba S5 cât și pentru proba S10, orientare preferențială a grăunților cristalini de Co

este de-a lungul planului (002) la un unghi de aproximativ 44.040.

În figura III. 10 sunt prezentate difractogramele de raze X pentru sistemul multistrat

nanostructurat [Co/Zn]n aparținând seriei I cu diferite grosimi nominale ale stratului de Zn (tZn=5.0 nm

(S2), tZn=2.7 nm (S3) şi tZn=0.8 nm (S5)).

Difractograma de raze X pentru proba S2 [Co(5.0 nm)/Zn(2.7 nm)]50 prezintă un pic principal

notat (SRi) pentru o valoare a ungiului de 43.24º. De o parte și de alta a acestui pic aparținând planului

(101) avem două picuri satelit, SRi-1 și SRi+1, la 2θi-1=42.38º și, respectiv, 2θi+1=43.98º. Aceste pic-uri

satelit ne permit sa determinăm grosimea unei perioade (grosimea nominală a unui strat de Co și

respectiv Zn) conform relației [32, 97]: 11 sinsin

ii

Cu

(III. 10)

Valorile nominale ale grosimilor calculate din relația (III. 8) sunt de aproximativ tCo=5 nm și

tZn=2.7 nm, valori estimate și utilizând relația Faraday (III. 1) în care grosimea depozitului a fost

determinată separat pentru Co și Zn [125].

20 40 60 80 100 120 1400,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

42,0 42,5 43,0 43,5 44,0 44,5 45,0

0,4

0,6

0,8

1,0

SRi

SRi+1

SRi-1

2 (degree)

Inte

nsi

ty (

a.u

)

S5

S3

2 (grade)

Co

(1

12

)

Zn

(1

03

)

Zn

(1

02

)

Co

(1

01

)Z

n (

10

1)

Cu

(1

11

)Z

n (

10

0)

Zn

(0

02

)

Inte

nsi

tate

a li

nie

i de d

ifra

ctie

(u

.a)

S2

Putem concluziona că, filmele multistrat conţin straturi nanocristaline de Co cu o structură hcp,

respectiv cfc suprapuse peste straturile de Zn cu structură hcp.

III. 7. Caracterizarea filmelor multistrat de [Co/Zn]n și [Zn/Co]n folosind tehnica

spectroscopiei de fotoelectroni

Prezentăm în figura III. 11 și figura III. 12 spectrele XPS obținute pentru proba S2 respectiv S7 în

care se observă existența zincului (picurile Zn 2p3 / 2 şi Zn 2p1 / 2 ) într-un procentaj atomic

mare, cobalt (Co 2p3 / 2 şi Co 2p1 / 2 ) şi oxigenul (picul O1s).

Figura III. 10. Comparaţii între difractogramele de

raze X pentru probele din sistemul multistrat

[Co/Zn]n cu variaţia grosimii stratului de Zn: tZn=5.0

nm (S2), tZn=2.7 nm (S3) şi tZn=0.8 nm (S5).


21

Se observă că zincul se găsește în proporție de 45,6 % și într-o proporție mai mică este cobaltul de

1,1 %, restul pana la 100% fiind oxigen (38,3%) și carbon (15,1%). Luând în considerare faptul că

adâncimea de pătrundere a tehnicii XPS este de 5 nm, rezultă că structura granulară a acestor sisteme

multistrat induc această variație a compoziției între straturile de Zn și Co.

Pentru proba S7 s-a găsit că zincul are o valoare compozițională într-o proporție de 50.5 % și

cobaltul în proporție de 3.9 %, restul până la 100 % fiind oxigen (40,3 %) și carbon (5,3 %).

III. 8 Caracterizarea morfologică a structurilor multistrat din sistemele [Co/Zn]n și

[Zn/Co]n prin microscopie electronică

În figurile III. 15 a) și b) prezentăm imaginile de microscopie electronică realizate pentru proba

S2 (începute cu Co) iar în figurile III. 15 c) și d) reprezentăm imaginile SEM pentru proba S7 (începute

cu Zn) [124].

Figura III. 15. Imaginile de micrografie SEM

ale straturilor subţiri magnetice din sistemul

multistrat [Co/Zn]50 pentru probele S2 și S7.

d)

b) a)

c)

Figura III. 11. Spectrul XPS al probei

S2→ [Co(5.0 nm)/Zn(5.0 nm)]50 și identificarea

elementelor din compoziția acesteia.

Figura III. 12. Spectrul XPS al probei

S7→ [Zn(5.0 nm)/Co(5.0 nm)]50 și identificarea

elementelor din compoziția acesteia.

1100 1000 900 800 700 600 500 400 3000,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Energia de legatura (eV)

c/s

Co

2s

Zn

2p

3/2

Zn

2p

1/2

S2

Co

2p

1/2

Co

2p

3/2

O1

s Zn

LM

M

1100 1000 900 800 700 600 500 400 3000,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Energia de legatura (eV)

c/s

S7

Co

2s

Zn

2p

3/2

Zn

2p

1/2

Co

2p

1/2

Co

2p

3/2

O1

sZ

nL

MM


22

Imaginile de microscopie electronică prezentate în figura III. 15 ilustrează formarea unei structuri

granulare. Micrografia SEM a sistemului [Co(5.0 nm)/Zn(5.0 nm)]50 început cu Co (figura III. 15 a) și b))

arată că avem o structură granulară formată din grăunţi cristalini de dimensiuni mai mici faţă de sistemul

multistrat [Zn(5.0 nm)/Co(5.0 nm)]50 din figura III. 14 c) și d). Rezultă că sistemele multistrat începute

cu Co prezintă o granulaţie mai fină în comparaţie cu cele care încep cu Zn, deşi grosimile tCo=5.0 nm şi

tZn=5.0 nm sunt aceleaşi pentru cele două probe, S2 şi S7, aparţinând seriilor de probe I, respectiv II.

Figura III. 16 reprezintă micrografiile SEM pentru probele S5 → [Co(5.0 nm)/Zn(0.8 nm)]50 şi

S10 → [Zn(0.8 nm) /Co(5.0 nm)]50 depuse pe suport de Cu.

Figura III. 16. Imaginile de micrografie

SEM ale straturilor subţiri magnetice din

sistemul multistrat [Co/Zn]50 pentru probele

S5 și S10.

Imaginile de micrografie SEM pentru proba S5 → [Co(5.0 nm)/Zn(0.8 nm)]50 arată că avem o

structura granulară formată din grăunți cristalini de diferite dimensiuni dar cu o granulație mai fină decât

în cazul probei S10 → [Zn(0.8 nm) /Co(5.0 nm)]50 începute cu Zn.

Din cele prezentate aici, putem trage concluzia că sistemele multistrat granulare [Co/Zn]n se

formeză printr-un mecanism de nucleaţie şi creştere de tip Volmer-Weber, cu nucleaţie progresivă a

cristalelor tridimensionale.

III. 9. Caracterizarea morfologică a filmelor multistrat din sistemele [Co/Zn]n și

[Zn/Co]n prin microscopia de forţă atomică

Imaginile de topografie (figura III. 18 (a) și (c)) precum și imaginile de fază (figura III. 18 (b) și

(d) pentru probele S2 [Co(5.0 nm)/Zn(5.0 nm)] și S5 [Co(5.0 nm)/Zn(0.8 nm)] sunt prezentate în figura

III. 18 [126].

b)

d)

a)

c)


23

În figura III. 19 sunt prezentate imaginile de topografie (figura 19 (a) și (c)) precum și imaginile

de fază (figura III. 19 (b) și (d) pentru probele S7 [Zn(5.0 nm)/Co(5.0 nm)] și S10 [Zn(0.8 nm)/Co(5.0

nm)] din seria II de probe (începute cu Zn).

Din examinarea generală a acestor imagini se poate observa destul de clar că atât sistemul

granular [Co/Zn]50, cât și [Zn/Co]50 au fost crescute print-un mecanism de creștere de tip Volmer-Weber,

formarea stratului începe prin formarea unor insulițe mici tridimensionale, urmată mai apoi de creșterea

dimensiunilor și coalescența lor. Creșterea grosimii stratului de Zn din structura multistrat determină o

creștere a dimensiunii și densității grăunților nanocristalini după cum se vede și din comparația

imaginilor de topografie pentru probele S5, S2 și S10, S8 aparținând seriilor de probe I notate [Co/Zn]50

și II ([Zn/Co]50).

Imaginile de fază ne asigură o observare mai clară a acestor trăsături caracteristice pentru

structura multistrat granulară a probelor din seria I (electrodepunerea Co imediat pe suport) și seria II

(începute cu Zn) și conținând straturi de Zn cu o grosime de 5nm (proba S2) și 0.8nm (proba S7). Aceste

imagini ne scot în evidență că această structură multistrat [Co/Zn]50 și [Zn/Co]50 este formată din două

Figura III. 18. Imaginile de topografie AFM (coloana din

stanga) și corespunzător imaginile de fază (coloana din

dreapta) pentru probele: S2 → tZn=5.0 nm (a, b), S5→

tZn=0.8 nm (c, d) aparținând seriei I de probe (începute cu

Co). Suprafața de scanare este de 5×5 µm2.

Figura III. 19. Imaginile de topografie AFM (coloana din

stanga) și corespunzător imaginile de fază (coloana din

dreapta) pentru probele: S7→ tZn=5.0 nm (a, b), S10 →

tZn=0.8 nm (c, d). Primul strat electrodepus pe substrat este

Zn iar suprafața de scanare este de 5×5 µm2.


24

componente. Domeniile mai luminoase pot fi grăunții cristalini de Zn cu o periodicitate mai mare în cazul

probei S2 față de proba S7 (figura III. 18 a, c) iar zonele mai intunecate fiind grăunții cristalini de Co.

III. 10. Concluzii parţiale

Straturile subţiri din sistemele [Co/Zn]n și [Zn/Co]n au fost depuse prin metoda de depunere

electrochimică utilizând o celulă cu trei electrozi deoarece această metodă este relativ simplă şi nu

necesită o aparatură foarte costisitoare. În cazul găsirii unor eventuale aplicaţii tehnologice ale

acestor straturi, depunerea electrochimică ar fi un avantaj important.

Am studiat modul de depunere a elementelor Co şi Zn pentru a găsi parametrii optimi de lucru și

am studiat în detaliu modul de nucleație și creștere a primului strat (Co sau Zn) pe substratul de

Cu precum și variația grosimii stratului diamagnetic de Zn asupra proprietăților structurale,

morfologice, magnetice și de magnetotransport în cazul acestor sisteme [Co/Zn]n și [Zn/Co]n.

Din difractogramele de difracţie de raze X putem conluziona că filmele multistrat electrodepuse

sunt policristaline și se depun cu structura Co hcp şi de Zn hcp. Acelaşi tip de structură este

prezentat atât în cazul multistraturilor începute cu Co cât şi a celor începute cu Zn, dar granulaţia

este diferită în cele două tipuri de multistrat.

S-a stabilit că valorile parametrilor de structură caracteristici (dimensiunea medie a cristalitelor,

parametrii celulei elementare, coeficientul de textură, tensiunile dintre microcristalite) calculaţi

din difractogramele de radiaţii X, depind de modul de nucleație și creștere a primului strat

electrodepus pe substratul de Cu precum și de grosimea stratului de Zn.

Imaginile de microscopie electronică ilustrează formarea unei structuri granulare ce se formeză

printr-un mecanism de nucleaţie şi creştere de tip Volmer-Weber, cu nucleaţie progresivă a

cristalelor tridimensionale.

Creşterea stratului este foarte mult influenţată de modul de nucleaţie şi creştere a primului strat

(Co sau Zn), diferența între parametrul de rețea strat-substrat, interacțiunile diferite între strat și

substrat, precum și tensiunile elastice ce apar în stratul inițial.

Creșterea grosimii stratului de Zn de la 0.8 nm la 5.0 nm conduce la o scădere a dimensiunii

grăunților cristalini în ambele serii de probe (începute cu Co sau Zn) multistrat granulare.

Rugozitatea medie pătratică (Rrms) calculată din imaginile de topografie pe o suprafață 5×5 µm2

este de: S2 (84.49 nm), S5 (105.21 nm), S8 (162.80 nm) și S10 (106.88 nm). Pe măsură ce

grosimea stratului de Zn din structura multistrat crește, la probele începute cu Zn, rugozitatea

medie pătratică devine mai mare invers, față de cazul în care depunerea se începe cu stratul de Co.

Cercetări privind caracteristicile magnetice și de transport a sistemelor multistrat nanostructurate [Co/Zn]50 și [Zn/Co]50

25

Capitolul IV

Cercetări privind caracteristicile magnetice și de transport a

sistemelor multistrat nanostructurate [Co/Zn]50 și [Zn/Co]50

IV.1. Caracterizarea straturilor subţiri din sistemele [Co/Zn]50 şi [Zn/Co]50 prin

metode inductometrice

În acest capitol, ținându-se cont de condițiile de preparare și de proprietățiile structurale ale celor

două serii de probe (începute cu Co sau Zn), s-au determinat caracteristicile magnetice și de

magnetotransport pentru cele mai reprezentative probe (S2 cu S7 și S5 cu S10). S-a studiat în special

influența grosimii stratului de Zn și a procesului de nucleație și creștere a primului strat electrodepus pe

substrat (Co sau Zn), asupra caracteristicilor magnetice și de magnetotransport ale acestor nanostructuri.

Figura IV. 1 a) și c) reprezintă ciclurile de histerezis pentru cele mai reprezentative structuri

multistrat S2→[Co(5.0 nm)/Zn(5.0 nm)]50 aparținând seriei I de probe (începute cu Co) și S7→[Zn(5.0

nm)/Co(5.0 nm)]50 din seria II (începute cu Zn) pentru o grosime a stratului de Zn de 5.0 nm.

În figura IV. 1 b) și d) prezentăm ciclurile de histerezis pentru probele multistrat S5→[Co(5.0

nm)/Zn(0.8 nm)]50 aparținând seriei I de probe (începută cu Co) şi S10→ [Zn(0.8 nm)/Co(5.0 nm)]50 din

seria II (primul strat electrodepus pe substrat fiind de Zn) pentru o grosime a stratului de Zn de 0.8 nm

[124,126].

Figura IV. 1. Curbele de histerezis pentru

sistemele multistrat S2 (tZn=5.0 nm), S7

(tZn=0.5 nm) începute cu Co (a, c) şi S5

(tZn=5.0 nm), S10 (tZn=0.8 nm) începute cu

Zn (b, d). Pentru toate probele tCo=5.0 nm.

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

-60 -40 -20 0 20 40 60

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

-60 -40 -20 0 20 40 60

a)

S2

b)

M/M

SM

/MS

S5

c)

S7

d)

H (kA/m)H (kA/m)

S10


26

Am constatat că, menţinând constantă grosimea stratului de Co (tCo=5.0 nm) în structura

multistrat, comportarea magnetică este mult influenţată de natura primului strat electrodepus precum și de

grosimea stratului de Zn (tZn=5.0 ÷0.8 nm). Proba la care primul strat electrodepus este de Co (proba S2

din seria I) și are un strat de Zn de 5.0 nm are o formă a ciclului aproape rectangulară, cu un câmp

coercitiv de 17 kA/m şi o valoare a factorului de rectangularitate de Mr/Ms≈1. Ciclul de histerezis pentru

proba începută cu Zn (proba S7 aparținând seriei II) arată o formă înclinată, sugerând în acest caz că

sistemul prezintă anizotropie perpendiculară; câmpul coercitiv este mai mic decât cel al probei similare

începute cu Co (Hc=12 kA/m), iar factorul de rectangularitate a ciclului de histerezis este de Mr/Ms≈0.55

[124, 126].

Curbele de histerezis pentru sistemele multistrat formate din tCo=5.0 nm şi tZn=0.8 nm sunt

prezentate în figurile IV. 1 (b și d). În acest caz, forma ciclurilor de histerezis este aproximativ aceeaşi

atât pentru filmele începute cu Zn cât și pentru cele începute cu Co. Câmpul coercitiv pentru sistemul

multistrat nanostructurat [Co(5.0 nm)/Zn(0.8 nm)]50 aparținând seriei I este de aproximativ 14 kA/m cu o

valoare a factorului de rectangularitate de Mr/Ms≈ 0.74. Pentru proba [Zn(0.8 nm)/Co(5.0 nm)]50 din seria

II câmpul coercitiv este de 14 kA/m iar factorul de rectangularitate de Mr/Ms≈ 0.83 [124, 126].

Figura IV. 3 reprezintă ciclurile de histerezis pentru probele care au ca prim strat Co (valoarea

stratului de Zn s-a menținut constantă tZn=2.7 nm) și variindu-se grosimea stratului de Co.

-60 -40 -20 0 20 40 60

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

H (kA/m)

M/M

S

S15

S12

S13

Aici, datorită faptului că am menţinut constantă grosimea stratului de Zn pentru toate trei probele

prezentate în figura IV. 3, avem procese de nucleaţie similare şi depunerea stratului magnetic este mai

puţin influenţată.

Figura IV. 4 a) reprezintă curbele de susceptibilitate magnetică pentru structura multistrat

S2→[Co(5.0 nm)/Zn(5.0 nm)]50 (începute cu Co) și S7→[Zn(5.0 nm)/Co(5.0 nm)]50 (începute cu Zn)

pentru o grosime a stratului de Zn de 5.0 nm.

Figura IV. 3. Ciclurile de histerezis trasate pentru

straturile subţiri magnetice din sistemul multistrat

[Co/Zn]n cu variaţia grosimii stratului de Co (valoarea

stratului de Zn este tZn=2.7 nm): tCo=5.0 nm (S15),

tCo=3.0 nm (S12), tCo=2.3 nm (S13).


27

Prezentăm în figura IV. 4 b) curbele de susceptibilitate magnetică pentru probele multistrat

S5→[Co(5.0 nm)/Zn(0.8 nm)]50 din seria şi S10→ [Zn(0.8 nm)/Co(5.0 nm)]50 aparținând seriei II

(începute cu Zn).

Figura IV. 4. Curbele de susceptibilitate magnetică pentru sistemele multistrat [Co/Zn]50 și [Zn/Co]50 la

probele: a) S2, S7, și b) S5, S10.

Distribuția câmpului de comutare (switching field distribution) exprimată ca SFD=ΔH/Hc, unde

ΔH reprezintă diferența între valorile câmpului magnetic la jumatatea înălțimii maximului de pe curba de

susceptibilitate magnetică (χ=dM/dH), calculată în apropierea câmpului coercitiv HC poate fi o indicație

calitativă privind interacțiunile între grăunții cristalini [127-131], dependente de distribuția granulației în

astfel de structuri multistrat [Co/Zn]50 și [Zn/Co]50.

Curbele de susceptibilitate din figura IV. 4 (a) și IV. 4 (b) ne indică o largă distribuție a câmpului

de comutare pentru astfel de sisteme (cu valori cuprinse între SFD=0.79÷1.26 pentru probele (S2 și S7) și

SFD=0.94÷1.08 în cazul probelor S5 și S10. Presupunem că aceasta s-ar datora existenței în

nanostructurile granulare multistrat a unor cristalite cu dimensiuni diferite, rezultate în urma proceselor

de nucleație și creștere tridimensională progresivă a acestor structuri.

Cuplajul de schimb dintre grăunții cristalini poate fi estimat prin valoarea parametrului α, exprimat

prin panta curbei de histerezis în punctul HC (parametrul de tăiere) [132 - 135], dat de relaţia:

CH

dH

dM)(4 (IV.1)

Utilizăm acest parametru pentru a descrie interacţiunile magnetice dintre straturi precum şi cele

intergranulare, aşa ca în lucrarea [132].

Stratul de Zn (diamagnetic) impune o creștere de tip granular a stratului; pe măsură ce grosimea

acestuia crește se produce o scădere a dimensiunii grăunților cristalini. În cazul sistemului multistrat

[Co/Zn] în care grosimea stratului de Zn este scăzută la valoarea 0.8 nm (proba S5), avem cea mai

-60 -40 -20 0 20 40 60

-20

-10

0

10

20

H (kA/m)

(

u.a

)

S2

S7

a)

-60 -40 -20 0 20 40 60

-15

-10

-5

0

5

10

15

H (kA/m)

(u.

a)

S5

S10

b)


28

scăzută valoare a parametrului α (7.096) ceea ce înseamnă că în acest caz cuplajul de schimb dintre

grăunții cristalini de Co este slab.

Valoarea mică a parametrului α (~3.31) corespunzătoare probei S7 ne sugerează faptul că primul

strat electrodepus (în acest caz Zn) contribuie la o scădere a cuplajului de schimb dintre grăunții cristalini.

Această scădere poate fi atribuită proceselor de nucleație și creștere a primului strat electrodepus pe

substratul de Cu.

Modul de nucleație și creștere a primului strat electrodepus pe substrat și grosimea stratului

nemagnetic de Zn exercită o mare influență asupra caracteristicilor magnetice extrinseci (HC, HK, pierderi

de energie prin histerezis rotațional ale probelor). Acestea se explică prin modificarea morfologiei

probelor sub influența celor doi factori (nucleația și creșterea primului strat și grosimii stratului de Zn).

IV. 2. Determinarea caracteristicilor magnetice ale structurilor multistrat din

sistemele [Co/Zn]50 şi [Zn/Co]50 utilizând magnetometru cu probă vibrantă (VSM)

În figura IV. 5 a) sunt reprezentate ciclurile de histerezis determinate cu ajutorul unui

magnetometru cu probă vibrantă, pentru probele S2→[Co(5.0 nm)/Zn(5.0 nm)]50 (începute cu Co) și

S7→[Zn(5.0 nm)/Co(5.0 nm)]50 (începute cu Zn).

Figura IV. 5 b) reprezintă ciclurile de histerezis trasate pentru proba S5→[Co(5.0 nm)/Zn(0.8

nm)]50 (primul strat electrodepus pe substrat a fost de Co) și S10→ [Zn(0.8 nm)/Co(5.0 nm)]50 (începute

cu Zn). Pentru fiecare probă a fost extrasă de pe substrat o cantitate de material sub formă de pulbere de

aproximativ 2mg, care a fost apoi utilizată pentru determinările VSM.

Figura IV. 5. Curbele de histerezis în cazul unor pulberi extrase din structurile multistrat de [Co/Zn]50 şi [Zn/Co]50

trasate cu magnetometrul cu probă vibrantă, pentru probele S2, S7 (figura IV. 5a) şi S5, S10 (figura IV. 5b).

Valoarea câmpului coercitiv pentru proba S2 este cu putin mai mare față de proba S7. În cazul

probei S2, HC=27 kA/m, iar pentru proba S7, HC=27 kA/m.

-800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

M /M

s

H (kA/m)

S2

S7

a)

-800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

H (kA/m)

M /

MS

S5

S10

b)


29

Nu apar diferențe mari în privința formei curbelor de histerezis pentru probele S5 (seria I) și S10

(seria II) prezentate în figura IV. 5 b) sub formă de pulbere, ceea ce s-ar explica prin lipsa anizotropiei

magnetice în acest caz.

Figura IV. 7 reprezintă ciclurile de histerezis pentru probele aparținând seriei I (începute cu Co)

pentru diferite valori ale grosimii stratului de Zn (S2→tZn=5.0 nm, S3→tZn=2.7 nm, S5→tZn=0.8 nm).

Grosimea stratului de Co a fost menținută costantă tCo=5.0 nm pentru toată seria de probe.

-200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0 S2

S3

S5

H (kA/m)

M/M

s

După cum am observat şi din măsurătorile inductometrice prezentate în § IV. 1 forma şi marimile

caracteristice ciclurilor de histerezis depind foarte mult de grosimea stratului de Zn și natura primului

strat electrodepus pe substratul de Cu.

IV. 3. Determinarea caracteristicilor magnetice a structurilor multistrat de [Co/Zn]50

şi [Zn/Co]50 prin metoda magnetometrului de torsiune

În figura IV. 8 s-au reprezentat curbele de torsiune pentru probele [Co(5.0 nm)/Zn(5.0 nm)]50 şi

[Zn(5.0 nm)/Co(5.0 nm)]50 trasate de la 0 la 3600 (F) şi de la 360

0 la 0 (B) începute cu stratul de Co și

respectiv, Zn. Câmpul magnetic aplicat a fost de 16 kA/m (pentru curbele 1 şi 4), de 48 kA/m, (curbele 2

şi 5), şi 95 kA/m (curbele 3 şi 6). În figurile IV. 8 a) şi IV.8 b), curbele 1, 2 şi 3 corespund rotirii probei

între piesele polare ale electromagnetului în sensul acelor de ceas, iar cele marcate cu 4, 5 şi 6 corespund

rotirii probei între piesele polare ale electromagnetului în sens invers acelor de ceas.

La proba S7 aparținând seriei II (începută cu Zn) se remarcă o asimetrie a valorilor cuplului de

torsiune determinată pentru intervalele 0 ≤ θ ≤ 1800 și 180

0 ≤ θ ≤ 360

0, ceea ce vom încerca să explicăm

în § VI. 2 pentru structurile de tip valvă de spin, în care există efecte locale de polarizare de schimb

(exchange bias). Forma curbelor obținute cu magnetometrul de torsiune este dependentă de anizotropia

magnetică a probei, aceasta fiind determinată de microstructura magnetică a probei. Curbele din figura

Figura IV. 7. Curbele de histerezis în cazul unor pulberi

extrase din structurile multistrat de [Co/Zn]50 începute cu

stratul de Co şi variind grosimea stratului de Zn

(tZn=0.8÷5.0 nm).


30

IV. 8 arată că atât pentru proba S2 (începută cu Co) cât și în cazul probei S7 (începute cu Zn) axa de

uşoară magnetizare este în afara planului probelor, cu un unghi de 1120 (S2) şi 97

0 (S7) orientarea fiind

influențată de modul de nucleție și creștere a primului strat pe substrat.

Figura IV. 8. Curbele de torsiune pentru probele a) S2 și b) S7. trasate de la 0 la 360

0 (F) şi de la 360

0 la 0

(B) începute cu stratul de Co si respectiv, Zn. Curbele de torsiune au fost măsurate pentru câmpurile: 16

kA/m (1-4), 48 kA/m (2-5), 95 kA/m (3-6).

Filmele multistrat [Co/Zn]50 şi [Zn/Co]50 prezintă anizotropie uniaxială evidenţiată prin forma

curbelor de torsiune (sin 2θ) în câmpuri mai mari. Forma curbelor de torsiune în (sin θ) în câmpuri mici şi

creşterea pierderilor prin histerezis rotațional în câmpuri mari constituie dovezi ale cuplajului de tip

aniferomagnetic ce apare în acest sistem multistrat. Pot fi cuplate antiferomagnetic straturile de Co ce

compun același grăunte cristalin, dar pot exista cuplaje și între straturile de Co situate în cristalite vecine

separate prin frontiere, dar făcând parte din același domeniu de magnetizare.

IV. 4. Studiul magnetorezistenței în cazul probelor multistrat de [Co/Zn]50 şi

[Zn/Co]50

Determinările de magnetorezistență au fost efectuate cu ajutorul dispozitivelor prezentate în §

II.6.2, pentru configurația CIP (caz în care curentul trece prin planul stratului) și CPP (curentul trece

perpendicular pe planul stratului).

Valoarea magnetorezistenței a fost calculată cu relația: ( ) ( )

100%( )

S

S

R H R HMR

R H

unde R(H) este rezistența filmului măsurată în câmpul H și R(Hs) - rezistența măsurată în câmp magnetic

maxim (± 212 kA/m), apropiat de cel de saturație.

0 45 90 135 180 225 270 315 360-800

-600

-400

-200

0

200

400

600

F (1) B (4)

F (2) B (5)

F (3) B (6)

(grade)

L (

u.a

)

a)

0 45 90 135 180 225 270 315 360-100

-50

0

50

100

150

F (1) B (4)

F (2) B (5)

F (3) B (6)

(grade)

L (

u.a

)b)


31

Determinările efectului magnetorezistiv pentru două probe reprezentative din seriile de probe I

(S2 - începută cu Co) și II (S7 - începută cu Zn) sunt prezentate în figura IV. 12. Curbele MR(H) au fost

trasate de la o valoare pozitivă a câmpului magnetic aplicat (+ 212 kA/m) la valoarea negativă (- 212

kA/m) [125].

Figura IV. 12. Magnetorezistenţa în funcţie de câmpul magnetic aplicat pentru probele S2 (începută cu Co)

și S7 (începută cu Zn) trasate în configurația CIP transversal.

Figura IV. 13 reprezintă magnetorezistența în funcție de câmpul magnetic aplicat pentru probele

S5 aparținând serie I (începută cu Co) și S10 din seria II (începută cu Zn).

Figura IV. 13. Magnetorezistenţa în funcţie de câmpul magnetic aplicat pentru probele S5 (începută cu Co)

și S10 (începută cu Zn) trasate în configurația CIP transversal.

În continuare ne-am propus să studiem și histerezisul magnetorezistiv la seria de probe începute

cu Co pentru diferite valori ale grosimii stratului de Zn. Pentru aceasta prezentăm curbele rezistență în

funcție de câmpul magnetic aplicat (figura IV. 16) pentru seria I de probe în care primul strat

electrodepus este Co: S2 (tZn=5.0 nm), S3 (tZn=2.7 nm) și S5 (tZn=0.8 nm).

S-a constatat că în cazul acestor sisteme multistrat granulare există histerezis magnetorezistiv.

Valorile obținute în cazul în care se crește câmpul magnetic aplicat sunt diferite față de cele obținute la

scăderea câmpului magnetic.

-200 -100 0 100 2000

5

10

15

H (kA/m)

MR

%

S2 CIP

transversal

-200 -100 0 100 2000

1

2

3

4

H (kA/m)

MR

%

S7 CIP

transversal

-200 -100 0 100 2000,0

0,5

1,0

1,5

2,0

H (kA/m)

MR

%

S10 CIP

transversal

-200 -100 0 100 2000,0

2,5

5,0

7,5

10,0

12,5

H (kA/m)

MR

%

S5 CIP

transversal


32

180

185

190

195

200

205

210

175

180

185

190

195

200

205

220

240

260

280

300

320

180

200

220

240

260

280

300

320

-400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400

240

250

260

270

-400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400135

140

145

150

155

160

165

MR=13%

S2 transversal

MR=14%

S1 longitudinal

MR=29%

S3 transversal

MR=30%

S3 longitudinal

MR=10%

S5 transversal

R (

m

)R

(m

)R

(m

)

MR=15%

S5 longitudinal

H (kA/m)H (kA/m)

Figura IV. 16. Variaţia rezistenţei în funcţie de câmpul magnetic aplicat pentru probele S2, S3 și S5.

Coloana din stânga: CIP transversal, Coloana din dreapta – CIP longitudinal.

Curbele R(H) au o formă deosebită, evidențindu-se foarte clar o asimetrie (forma curbelor este

diferită pentru valori pozitive H+ și negative H- ale câmpului magnetic aplicat). În acest caz

magnetorezistența este calculată între valoarea inițială (în H=0 pentru probe demagnetizate) și câmpul

magnetic de la saturație pozitivă (H+) [138]. Valoarea maximă obținută pentru magnetorezistența gigant a

fost de (30%) în cazul probei S3 ([Co(5.0 nm) / Zn (2.7 nm)] 50) pentru o valoare a stratului de Co de 5.0

nm. Valorile mari ale magnetorezistenței gigant pot fi datorate interacțiunilor de schimb între straturile

vecine ce compun structura magnetică multistrat a sistemului [Co/Zn]50.

Concentrația diferită la nivel local generată în timpul procesului de preparare a probelor duce la

neomogenități spațiale în structura magnetică multistrat. Aceste neomogenități magnetice au o trăsătură

comună, și anume conțin straturi feromagnetice de Co separate de cele nemagnetice de Zn situate în

aceleași cristalite, similar cu modelul prezentat în [139]. Prin urmare această creștere a

magnetorezistenței poate fi atribuită acestor neomogenități din structura magnetică cu diferite

componente și interacțiunilor de schimb dintre structurile vecine (așa cum rezultă din curbele de torsiune

și ciclurile de histerezis). Aceste efecte depind de procesele de polarizare a electronilor de conducție

precum și de configurația magnetică a acestor sisteme [20, 67].


33

IV. 5. Magnetorezistența indusă prin efectul spin-transfer-torque pentru eșantioane

granulare de [Co/Zn]50 şi [Zn/Co]50

În această parte a tezei ne-am propus să studiem efectele de magnetorezistență și de transfer spin

torsiune pentru seria de probe compuse dintr-un strat feromagnetic de Co și nemagnetic de Zn. Transferul

spin torsiune este realizat prin injectarea unui curent perpendicular pe structura multistrat (curentul I

conform schemei din figura II. 9 aparținând § II. 6. 3), în prezența unui câmp magnetic prin măsurarea

căderii de potențial (V) și calcularea rezistenței R.

Efectul de magnetorezistență gigant (GMR) (între contactele C și D) și efectul de transfer spin

torsiune au fost studiate pentru proba S2 [Co(5.0 nm)/Zn(5.0 nm)]50 (începute cu Co) și S7 [Zn(5.0

nm)/Co(5.0 nm)]50 (primul strat electrodepus pe substrat fiind de Zn).

Curbele reprezentând variația rezistenței probelor în funcție de câmpul magnetic aplicat R(H)

(variabil în limitele ± 370 kA/m) pentru două valori diferite ale intensității ce trece prin probă (Iconst=0.2

A și 0.8 A) sunt redate în figura IV. 17, luându-se pentru exemplificare probele S2 (începută cu Co) și S7

(începută cu Zn) [126].

35

36

37

38

39

40

41

42

43

48

49

50

51

52

53

54

55

56

57

58

-400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400

40.6

40.8

41.0

41.2

41.4

41.6

41.8

42.0

-400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400

48

49

50

51

a)

S2 (I=0.2 A)

MR=14% MR=10%

b)

S7 (I=0.2 A)

MR=2.5%

c)

S2 (I=0.8 A)

MR=3.2%

d)

H (kA/m)H (kA/m)

V/I

(m

)V

/I (m

)

S7 (I=0.8 A)

Figura IV. 17. Variaţia rezistenţei în funcţie de câmpul magnetic aplicat pentru proba S2 (a, c) și S7 ( b, d)

considerând pentru variaţia curentului aplicat perpendicular pe planul probei urmatoarele valori: I=0.2 A (a,

b) şi I=0.8 A (c, d).

Două caracteristici principale pot fi observate din aceste figuri: o asimetrie a magnetorezistenţei

datorată semnului câmpului magnetic precum şi influenţa curentului electric asupra magnetorezistenţei.

În cele ce urmează vom studia aceste caracteristici [126, 138, 140].


34

Efectul de magnetorezistenţă gigant (GMR) în sistemele multistrat Co/Zn este datorat: atât

contribuţiei magnetizaţiei straturilor de Co cuplate antiferomagnetic cât și contribuţiei datorată graunţilor

de Co de marimi foarte mici cu comportare superparamagnetică. Această geometrie particulară de

măsurare a magnetorezistenţei introduce nişte componente ale transportului de sarcină datorate efectului

forţei Lorentz şi efectului Hall extraordinar ce acţionează în mişcarea electronilor în câmp magnetic.

Rezistenţa dintre cele două contacte de pe suprafaţa filmului creşte cu scaderea valorii curentului I,

deasemenea şi valoarea magnetorezistenţei crește în timp ce aria ciclului de histerezis scade.

Presupunem că această asimetrie a efectului de magnetorezistenţă s-ar datora efectului de polarizare

a spinilor datorat curentului I. Reorientarea momentelor magnetice ale clusterilor ar putea fi datorată

împrăştierii electronilor de spin de la interfaţa clusterilor de Co precum şi la interfaţa Co/Zn şi Zn/Co.

Mecanismul cel mai important pare a fi împrăştierea dependentă de spin de la interfeţe, așa cum se

constată și în lucrările [20, 67].

Curbele reprezentând variația rezistenței probelor în funcție de curentul electric ce trece prin probă

(cu valori ce variază între 0 și 1A), pentru valori ale câmpului magnetic de 21.6 kA/m, 36 kA/m și 108

kA/m menținut constant pe durata trasării unei curbe R(I) le vom prezenta în IV. 18. Aceste curbe

demonstrează influența curentului electric I care trece prin strat asupra valorilor de magnetorezistență, ca

efect al fenomenelor de transfer de spin. Același tip de experimente au fost realizate în lucrarea [67].

+

Figura IV. 18. Variația rezistentei

V/I în funcție de curentul I injectat

prin strat pentru diferite valori ale

câmpului magnetic aplicat: H= 21.6

kA/m (a), H= 36 kA/m (b), și H= 108

kA/m (c) în cazul probelor S2

[Co(5.0 nm)/Zn(5.0 nm)]50 şi S7

[Zn(5.0 nm) /Co(5.0 nm)]50.

40,0

40,5

41,0

41,5

42,5

43,0

43,5

40,0

40,5

41,0

41,5

42,0

42,5

43,0

43,5

44,0

-1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0

40,5

41,0

41,5

42,0

-1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0

42,7

43,4

44,1

44,8

45,5

S2 H=21.6 kA/m

MR=5.12%

S2 H=21.6 kA/m

MR=2.17%

MR=3.3%

S2 H=36 kA/m S2 H=36 kA/m

MR=3.17%

MR=2.5%

S2 H=108 kA/m S2 H=108 kA/m

MR=6.5%

I (A) I (A)

V/I (

m

)V

/I (

m

)V

/I (

m

)


35

Curentul electric I poate comuta momentele cinetice din stratul feromagnetic prin efect de transfer

de spin. Pentru fiecare trecere a câmpului magnetic prin zero, sistemul multistrat comută de la cuplaj

antiparalel al momentelor magnetice (rezistență mare), la cuplaj paralel (rezistență mică) ce se realizează

pentru o valoare mare a câmpului H. Efectul rezultant al fenomenelor de transfer de spin și al forței

Lorentz pentru electronii în mișcare, crește atunci când intensitatea curentului crește.

Grosimea stratului de Zn joacă un rol important în mărimea efectului magnetorezistiv şi de spin

torque. Pentru aceste sisteme multistrat MR variază sistematic cu grosimea stratului de zinc, iar în cazul

seriei de probe [Co/Zn]50 contribuţia magnetorezistenţei asimetrice este de aproximativ 14% şi pentru

seria [Zn/Co]50 de aproximativ 10%.

IV. 6. Concluzii parţiale

Forma diferită a ciclurilor de histerezis și susceptibilitate magnetică este influenţată de grosimea

stratului de Zn precum şi caracteristicile morfologice ale primului strat electrodepus pe suportul

de Cu.

Modul de nucleație și creștere a primului strat electrodepus pe substrat și grosimea stratului

nemagnetic de Zn exercită o mare influență asupra caracteristicilor magnetice extrinseci (HC, HK,

pierderi de energie prin histerezis rotațional ale probelor). Acestea se explică prin modificarea

morfologiei probelor sub influența celor doi factori (nucleația și creșterea primului strat și

grosimii stratului de Zn).

În urma analizelor făcute cu ajutorul magnetometrului de torsiune, rezultă că axa de uşoară

magnetizare este în planul filmului iar tipul de cuplaj dintre straturi este antiferomagnetic in

majoritatea straturilor studiate. Nanostructurile multistrat [Co/Zn]50 prezinta anizotropie uniaxială

evidenţiată prin forma curbelor de torsiune (sin2θ) în câmpuri mai mari de 44.8 kA/m.

Proba având structura [Co(5.0 nm)/Zn(5.0 nm)]50 prezintă un histerezis cu o arie a ciclului mult

mai mare comparativ cu probele avand o grosime mai mică a stratului de Zn.

Panta curbei de histerezis, factorul de rectangularitate a ciclului şi câmpul coercitiv depind de

grosimea stratului nemagnetic de Zn precum şi de mecanismele de nucleaţie şi creştere a primului

strat electrodepus.

Din măsurătorile de magnetorezistenţă ale acestor sisteme multistrat [Co/Zn]50 şi [Zn/Co]50 s-a

constatat că acestea prezintă efecte semnificative ale magnetorezistentei de ordinul 30%

(magnetorezistenta gigant GMR).

Studii privind prepararea, caracterizarea structurală și morfologică a sistemelor de tip valvă de spin [Ni-Fe/Zn/Co-Ni-N/Ni-Mn]

36

Capitolul V

Studii privind prepararea, caracterizarea structurală și morfologică

a sistemelor de tip valvă de spin

[Ni-Fe/Zn/Co-Ni-N/Ni-Mn]

V. 1. Cercetări privind sitemul de tip valvă de spin [Ni-Fe/Zn/Co-Ni-N/Ni-Mn]

Plecând de la cercetările pe care le-am întreprins în capitolele III-IV ale tezei, ne-am propus sa

realizăm o structură de tip sandwich (valvă de spin) compusă dintr-un strat feromagnetic moale de NiFe

(permalloy), un strat intermediar de Zn, un material magnetic dur Co-Ni-N și un strat din material

antiferomagnetic de Ni-Mn. Scopul nostru a fost de a favoriza formarea unei structuri granulare prin

introducerea în compoziția acestui sistem a unui element (Zn) nemiscibil cu elementele feromagnetice

(fapt demonstrat din diagramele de fază precum și din sistemul multistrat Co/Zn) și de asemenea prin

utilizarea aliajului Co-Ni-N în care N favorizează creșterea de tip granular [148, 149]. Până în prezent nu

am găsit publicații privind electrodepunerea și studiul proprietățiilor magnetice și de transport a acestui

sistem valvă de spin [Ni-Fe/Zn/Co-Ni-N/Ni-Mn].

În această parte a cercetărilor ne-am propus să preparăm și apoi să studiem influența straturilor de

Zn, Ni-Fe și Co-Ni-N asupra proprietăților magnetice și de transport ale structurilor de tip valvă de spin

în scopul găsirii unei structuri optime, favorabile pentru posibile aplicații tehnologice.

V. 2. Prepararea electrochimică a structurilor sandwich de tip valvă de spin [Ni-

Fe/Zn/Co-Ni-N/Ni-Mn]

Am preparat un set de probe: Ni-Fe (permalloy), Zn, Co-Ni-N și Ni-Mn pentru stabilirea

parametrilor de electrodepunere, urmând ca apoi să realizăm sistemul valvă de spin [Ni-Fe/Zn/Co-Ni-

N/Ni-Mn].

Electrodepunerea structurilor VS [Ni-Fe/Zn/Co-Ni-N/Ni-Mn] a fost realizată utilizând patru

celule de electroliză ce conțin soluțiile electrolitice specifice pentru depunerea fiecărui strat component

din structura VS. S-a lucrat în regim de depunere potentiostatic (tensiunea aplicata la sursă menţinându-se


37

constant U=-3V). Sistemul de electrozi este format din catod, anod, electrod de referinţă (așa cum s-a

prezentat în § III. 2).

V. 3. Selectarea şi prepararea seriilor de probe propuse pentru cercetare

S-au realizat trei serii de probe multistrat, având ca scop cercetarea influenţei grosimii stratului de

Zn (seria I), a grosimii stratului feromagnetic de Ni-Fe (seria II) şi influența grosimii stratului de Co-Ni-N

(seria III) asupra proprietăţiilor magnetice şi de magnetotransport.

Tabel 4. Serii de probe preparate pentru studiul sistemuluil de tip valvă de spin

[Ni-Fe/Zn/Co-Ni-N/Ni-Mn].

V. 4. Caracterizarea structurală a structurilor sandwich de tip valvă de spin [Ni-

Fe/Zn/Co-Ni-N/Ni-Mn] prin difracţie de radiaţii X

În figura V. 4 sunt reprezentate difractogramele de raze X pentru Ni-Fe și substratul de Cu.

Substratul folosit la electrodepunere a fost Cu sub forma unui disc având diametru 20 mm şi o structură

policristalină texturată (100).

Seria I → tZn=3 ÷ 13 nm

proba tNi-Fe(nm) tZn(nm) tCo-Ni-N(nm) tNi-Mn(nm)

SZ1 140 3 150 160

SZ2 140 6 150 160

SZ3 140 10 150 160

SZ4 140 13 150 160

Seria II → tCo-Ni-N=79 ÷ 289 nm

proba tN-iFe(nm) tZn(nm) tCo-Ni-N(nm) tNi-Mn(nm)

SC1 140 13 79 160

SC2 140 13 179 160

SC3 140 13 190 160

SC4 140 13 289 160

Seria III → tNi-Fe=84 ÷ 280 nm

proba tNi-Fe(nm) tZn(nm) tCo-Ni-N(nm) tNi-Mn(nm)

SN1 84 3 150 160

SN2 140 3 150 160

SN3 196 3 150 160

SN4 280 3 150 160


38

Figura V. 5 reprezintă difractograma de radiație X pentru stratul subțire de Co-Ni-N având o

grosime de aproximativ 225 nm. La valori ale unghiurilor 2θ= (20 - 120)° au fost identificate patru

maxime de difracţie corespunzătoare Co și un maxim de difracție pentru Ni.

Figura V. 4. Difractogramele de raze X pentru stratul

subțire de Ni-Fe ( ≈ 280 nm) şi respectiv a suportului de Cu.

Difractograma de radiație X pentru sistemul compus din Ni-Fe și Co-Ni-N cu o valoare nominală a

grosimii de aproximativ 500 nm o vom prezenta în figura V. 6.

20 40 60 80 100 120

100

200

300

400

Py

Py

Cu

(400

)

Co

(102

)

Cu

(200

)

Co

(002

)

Co

(110

)

Cu

(220

)

Fe (3

10)

Co

(112

)

2 (grade)

Inte

nsita

tea

linie

i de

difra

ctie

(u.a

) Ni-Fe/Co-Ni-N

Fe (1

10)

Ni (

011)

V. 5. Caracterizarea morfologică a structurilor sandwich de tip valvă de spin [Ni-

Fe/Zn/Co-Ni-N/Ni-Mn] prin microscopie electronică

Ne-am propus să studiem influența grosimii stratului diamagnetic de Zn din structura sandwich de

tip valvă de spin asupra proprietățiilor morfologice. Pentru aceasta am ales pentru studiu probele SZ1

(tZn=3 nm) și SZ4 (tZn=13 nm).

Imaginile de microscopie electronică ilustrează formarea unei structuri granulare. Micrografiile

SEM pentru proba SZ1 (figura V. 9) arată că avem o structură granulară formată din grăunţi cristalini de

dimensiuni mult mai mici (cu diametrul mediu în jur 100÷500 nm) faţă de sistemul [Ni-Fe/Zn/Co-Ni-

20 40 60 80 100 1200

100

200

300

1030

1040

1050

Py Cu

(4

00

)F

e (

31

0)

Cu

(2

20

)

Py

Cu

(2

00

)

Fe

(1

10

)N

i (0

11

)

Inte

nsi

tate

a li

nie

i de d

ifra

ctie

(u

.a)

2 (grade)

NiFe

Cu

20 40 60 80 100 120

100

200

300

400

Cu

(4

00

)

Co

(1

02

)

Ni (

00

2)

Co

(0

02

)

Co

(1

10

)

Co

(1

12

)

Cu

(2

20

)

Cu

(2

00

)

Inte

nsi

tate

a li

nie

i de d

ifract

ie (

u.a

)2 (grade)

CoNiN

Figura V. 5. Difractograma de raze X pentru stratul

subtire de CoNiN (≈ 225 nm) depuse pe substrat de Cu.

Figura V. 6. Difractograma de raze X pentru

sistemul (Ni-Fe/Co-Ni-N) (≈ 500 nm).


39

N/Ni-Mn] ce alcătuiește proba SZ4 din figura V. 10 (în care grăunții cristalini pot atinge dimensiuni de

ordinul μm).

Figura V. 9. Imaginile de micrografie SEM ale

sistemului de tip valvă de spin

[Ni-Fe(140 nm)/Zn(3 nm)/

Co-Ni-N(150 nm)/Ni-Mn(160 nm)] pentru proba SZ1.


sistemului de tip valvă de spin

[Ni-Fe(140 nm)/Zn(13 nm)/

Co-Ni-N(150 nm)/Ni-Mn(160 nm)]

pentru proba SZ4.

Pe măsură ce gosimea stratului de Zn crește, are loc o creștere a a dimensiunilor grăunților

cristalini. Forma semisferică a granulelor ce se observă din imaginile SEM dovedește de asemenea că

procesul de creștere este izotrop, tensiunile superficiale fiind repartizate izotrop pe toate fețele unui

cristalit.

Imaginile de micrografie SEM pentru probele SC1 (figura V. 11) și SC3 (figura V. 12) în care

variază grosimea stratului feromagnetic dur Co-Ni-N sunt reprezentate în următoarele figuri.

Figura V. 11. Imaginile de micrografie SEM ale sistemului de tip valvă de spin

[Ni-Fe(140 nm)/Zn(13 nm)/Co-Ni-N(75 nm)/Ni-Mn(160)] pentru proba SC1.


40


sistemului de tip valvă de spin [Ni-Fe(140

nm)/Zn(13 nm)/Co-Ni-N(150 nm)/Ni-Mn(160)]

pentru proba SC3.

Micrografia SEM a sistemului [Ni-Fe(140 nm)/Zn(13 nm)/Co-Ni-N(75 nm)/Ni-Mn(160 nm)]

aparținând seriei II de probe (figura V. 11) arată că avem o structură granulară formată din grăunţi

cristalini de mari (ordinul μm) faţă de sistemul de tip valvă de spin [Ni-Fe(140 nm)/Zn(13 nm)/Co-Ni-

N(150 nm)/Ni-Mn(160)] din aceeași serie de probe (figura V. 12).

V. 6. Concluzii parţiale

Am preparat un set de probe: Ni-Fe (permalloy), Zn, Co-Ni-N și Ni-Mn pentru stabilirea

parametrilor de electrodepunere, urmând ca apoi să realizăm sistemul valvă de spin [Ni-Fe/Zn/Co-

Ni-N/Ni-Mn].

Electrodepunerea structurilor VS [Ni-Fe/Zn/Co-Ni-N/Ni-Mn] a fost realizată utilizând patru

celule de electroliză ce conțin soluțiile electrolitice specifice pentru depunerea fiecărui strat

component din structura VS.

Am studiat influența straturilor de Zn, Ni-Fe și Co-Ni-N asupra proprietățilir structurale și

morfologice ale structurilor de tip valvă de spin în scopul găsirii unei structuri optime.

Din difractogramele de raze X rezultă că structura de tip valvă de spin [Ni-Fe/Zn/Co-Ni-N/Ni-

Mn] este formată din compusul fazic Py, Co, Zn și Ni cu structura hcp și nu în ultimul rand Fe cu

structura cubică.

Micrografiile SEM arată că sistemul de tip VS este format din grăunţi cristalini de diferite

dimensiuni, ceea ce s-ar putea explica prin aceea că nucleaţia nu are loc in acelaşi timp (nucleaţie

instantanee), ci în momente diferite de timp în cursul procesului de electrodepunere (nucleaţie

progresivă).

Caracteristicile magnetice și de magnetotransport ale sistemelor de tip valvă de spin [Ni-Fe/Zn/Co-Ni-N/Ni-Mn]

41

Capitolul VI

Caracteristicile magnetice și de magnetotransport ale sistemelor de

tip valvă de spin [Ni-Fe/Zn/Co-Ni-N/Ni-Mn]

VI. 1. Caracterizarea prin metode inductometrice a structurilor sandwich de tip

valvă de spin [Ni-Fe/Zn/Co-Ni-N/Ni-Mn]


nemagnetic de Zn

Una din aplicațiile tehnologice ale sistemelor de tip VS ar putea fi folosirea lor ca senzori

magnetorezistivi la capetele de înregistrare magnetică. Aceste sisteme trebuie să prezinte valori mari ale

variației magnetorezistenței ΔR/R și această variație să se realizeze cu ajutorul unui câmp magnetic mic.

Criteriile de proiectare a senzorilor magnetorezistivi ce pot fi utilizați la capetele de înregistrare

magnetică implică două condiții importante și anume: magnetorezistența (MR) să fie mai mare de 2% și

să aibă o sensibilitate (definită prin relația VI. 1 mai mare de 0.5% per Oe).

(%)1001

HR

RS (VI. 1)

Urmărim să realizăm unele corelații între rezultatele obținute în acest capitol și condițiile de

preparare, proprietățiile structurale și morfologice ale acestor straturi, în vederea găsirii unor posibilități

de aplicații tehnologice.

În cazul sistemului de tip valvă de spin scopul nostru a fost de a favoriza formarea unei structuri

granulare prin introducerea în compoziția acestui sistem a unui element (Zn) nemiscibil cu elementele

feromagnetice (fapt demonstrat din diagramele de fază precum și din studiul sistemului multistrat Co/Zn)

din capitolele anterioare și de asemenea prin utilizarea unui strat feromagnetic dur din aliajul Co-Ni-N în

care N favorizează creșterea de tip granular [148, 149, 153].

În figura VI. 1 sunt reprezentate ciclurile de histerezis iar în figura VI. 2 curbele de dependență a

susceptibilității de câmpul magnetic aplicat, pentru structurile de tip valvă de spin [Ni-Fe/Zn/Co-Ni-

N/Ni-Mn], cu variaţia grosimii stratului nemagnetic de Zn între (3 nm ÷ 13 nm).


42

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

-60 -40 -20 0 20 40 60

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

-60 -40 -20 0 20 40 60

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

HC2

HC1

F

C

D

B

SZ1

a)

A

b)

SZ2

c)

SZ3

d)

H (kA/m)H (kA/m)

M/M

S

M/M

S

SZ4

Figura VI. 1. Curbele de histerezis pentru filmele de tip valvă de spin SZ1 (tZn=3 nm), SZ2 (tZn=6 nm), SZ3

(tZn=9 nm) şi SZ4 (tZn=13 nm) cu grosime variabilă a straturilor de Zn.

În figura VI. 1 a) sunt evidente valorile celor două câmpuri coercitive corespunzătoare celor două

straturi feromagnetice (Ni-Fe și respectiv Co-Ni-N), dar prin curbele de susceptibilitate magnetică acest

aspect va putea fi mai precis evaluat. Co-Ni-N este un material feromagnetic dur, cu un câmp coercitiv

relativ mare (HC≈32 kA/m), iar aliajul de Ni-Fe este un material feromagnetic moale cu un câmp

coercitiv destul de mic (HC≈7.2 kA/m).

Curbele de susceptibilitate magnetică pentru probele SZ1, SZ2, SZ3 și SZ4 aparținând seriei I în

care s-a modificat grosimea stratului de Zn sunt prezentate în figura VI. 2 (a, b, c, d). Vom calcula

distribuția câmpului de comutare exprimată ca:

(VI. 2)

unde ΔH reprezintă jumătatea înălțimii maximului de pe curba de susceptibilitate (χ=dM/dH), în

apropierea câmpului coercitiv HC așa ca în lucrările [155, 156]. Conform cercetărilor acestor autori,

mărimea SFD poate fi o indicație calitativă privind interacțiunile între grăunții cristalini și distribuția

granulației în straturi granulare.

Zincul din structura sanwich de tip valvă de [Ni-Fe/Zn/Co-Ni-N/Ni-Mn] are rol de a influența

morfologia și implicit granulația acestui sistem. Dacă corelăm rezultatele obținute în urma determinărilor

SEM cu cele magnetice, putem constata că în cazul probei SZ1 (tZn=3 nm) avem o structură granulară

formată din grăunți cristalini de dimensiuni mici, ciclul de histerezis având o formă specifică proceselor

CHH

HSFD )(


43

de magnetizare din straturi necuplate (figura VI. 2. a). Proba SZ4 (tZn=13 nm) este formată din granule

mari multidomenice prezentând un ciclu cu forma specifică straturilor cuplate (figura VI. 2. d)

-30

-20

-10

0

10

20

30

-60

-40

-20

0

20

40

60

-60 -40 -20 0 20 40 60-60

-40

-20

0

20

40

60

-60 -40 -20 0 20 40 60-60

-40

-20

0

20

40

60

(

a.u

.)

H (kA/m)H (kA/m)

(

a.u

.)

SZ1

a) b)

SZ2

c)

SZ3

d)

SZ4

Figura VI. 2. Curbele de susceptibilitate magnetică la sistemul valvă de spin [Ni-Fe/Zn/Co-Ni-N/Ni-Mn]

pentru probele: a) SZ1 (tZn=3 nm), b) SZ2 (tZn=6 nm), c) SZ3 (tZn=9 nm) și d) SZ4 (tZn=13 nm).

Curbele de histerezis și respectiv curbele de susceptibilitate magnetică prezintă o formă

caracteristică pentru sistemele valvă de spin care sugerează că magnetizațiile celor două straturi de Ni-Fe

și Co-Ni-N se inversează aproape independent. Din aceste figuri se vede că cele două straturi comută

(aproape independent în cazul probei SZ1 și cuplat pentru SZ4).

Forma ciclului de histerezis depinde atât de procesele de deplasări de pereți de domenii cât și

procese de rotație a vectorilor magnetizație ce au loc în probă, condiționate de interacțiunile complexe

dintre straturile ce compun structura de tip valvă de spin.

La valori mari ale grosimii stratului de Zn (tZn=13 nm) distribuția câmpului de comutare pentru

structura VS prezintă valori mici iar structura morfologică este formată din grăunți cristalini mari,

uniform distribuiți conform figurii V. 10 din § V. 5.


feromagnetic dur de Co-Ni-N

Figura VI. 5 reprezintă ciclurile de histerezis pentru structurile de tip valvă de spin [Ni-Fe(140

nm)/Zn(13 nm)/Co-Ni-N(tCo-Ni-N)/Ni-Mn(160 nm)] cu variaţia grosimii stratului feromagnetic de Co-Ni-

N între (79 nm÷289 nm).


44

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

-60 -40 -20 0 20 40 60

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

-60 -40 -20 0 20 40 60

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

SC1

a) b)

H (kA/m)H (kA/m)

SC2

c)

M/M

S

M/M

S

SC3

d)

SC4

Figura VI. 5. Curbele de histerezis pentru filme de tip valvă de spin SC1 (tCo-Ni-N=79 nm), SC2 (tCo-Ni-N=179

nm), SC3 (tCo-Ni-N=190 nm) şi SC4 (tCo-Ni-N=289 nm) depuse pe suport de Cu cu diferite grosimi ale stratului

feromagnetic dur de Co-Ni-N.

Figura VI. 6 reprezintă curbele de susceptibilitate magnetică pentru seria II de probe la care s-a

variat grosimea stratului feromagnetic dur de Co-Ni-N.

-30

-20

-10

0

10

20

30

-30

-20

-10

0

10

20

30

-60 -40 -20 0 20 40 60-30

-20

-10

0

10

20

30

-60 -40 -20 0 20 40 60-30

-20

-10

0

10

20

30

H (kA/m)

(

u.a

) (

u.a

)

H (kA/m)

SC1 S

C2

SC3 S

C4

Figura VI. 6. Curbele de susceptibilitate magnetică pentru sistemul valvă de spin [Ni-Fe/Zn/Co-Ni-N/Ni-Mn] la

probele: a) SC1 (tCo-Ni-N=79 nm), b) SC2 (tCo-Ni-N=179 nm), c) SC3 (tCo-Ni-N=190 nm) și d) SC4 (tCo-Ni-N=289 nm).


45

Pe măsură ce grosimea stratului de Co-Ni-N crește, morfologia suprafeței se modifică

semnificativ (dimensiunea grăunților cristalini fiind mult mai mare în cazul probei SC1). Această

modificare a granulației ar putea conduce la decuplarea straturilor magnetice din structura VS, așa cum

rezultă din forma curbelor (H) din figura VI. 6. Structura granulară formată din grăunți cristalini de

dimensiuni mari (proba SC1) și curba (H) corespunzătoare ne conduc la ideea că straturile FM moale și

FM dur sunt cuplate, deci nu comută independent, așa cum se va vedea și în analiza FORC § VI. 4.

VI. 2. Determinarea caracteristicilor magnetice ale sistemelor de tip valvă de spin

[Ni-Fe/Zn/Co-Ni-N/Ni-Mn] prin metoda magnetometrului de torsiune

Curbele de torsiune pentru probele SZ1 (tZn =3 nm) şi SZ4 (tZn =13 nm) trasate de la 00 la 360

0 (F)

şi de la 3600 la 0

0 (B), în care am variat grosimea stratului de Zn sunt prezentate în figura VI. 12. Câmpul

magnetic aplicat a fost de 16 kA/m (pentru curbele 1 şi 4), de 32 kA/m (curbele 2 şi 5) şi 48 kA/m

(curbele 3 şi 6). În figura VI. 12 (a) şi 12 (b), curbele 1, 2 şi 3 corespund rotirii probei între piesele polare

ale electromagnetului în sensul acelor de ceas, iar cele marcate cu 4, 5 şi 6 corespund rotirii probei între

piesele polare ale electromagnetului în sens invers acelor de ceas. Curbele de torsiune obținute pentru

aceste două probe prezintă o simetrie dublă (evidențiată prin forma curbelor la sin 2θ) cu o pantă pozitivă

la 00 și negativă în jurul valorii de 90

0. Acest lucru ne arată că axa de ușoară magnetizare este

perpendiculară pe planul filmului. Pe măsură ce câmpul magnetic aplicat crește, curbele de torsiune devin

asimetrice, de exemplu apar pierderile de histerezis rotațional și ele sunt măsurabile prin aria zonei

delimitate de cubele trasate în sensul acelor de ceasornic și invers. Acest comportament ar putea fi

atribuit cuplajului de tip antiferomagnetic între cristalite pentru astfel de sisteme nanostructurate, așa

după cum rezultă din [165].

Figura VI. 12. Curbele de torsiune pentru probele a) SZ1 and b) SZ4. trasate de la 0 la 3600 (F) şi de la 360

0

la 0 (B) variindu-se grosimea stratului de Zn. Curbele de torsiune au fost măsurate pentru câmpurile: (1-4)→

16 kA/m, (2-5)→ 32 kA/m, (3-6)→ 48 kA/m.

0 45 90 135 180 225 270 315 360

-400

-200

0

200

400

600

a)

(grade)

L (

u.a

)

F (1) B (4)

F (2) B (5)

F (3) B (6)

0 45 90 135 180 225 270 315 360-600

-400

-200

0

200

400

600

b)

(grade)

L (

u.a

)

F (1) B (4)

F (2) B (5)

F (3) B (6)


46

Din aceste curbe putem obvserva și existența unei asimetrii datorate probabil structurii probelor,

de tip valvă de spin, după cum se poate vedea și din curbele de magnetorezistență (§ VI.3). Această

asimetrie este specifică unor sisteme de tip valvă de spin. Remarcăm faptul că pentru această probă forma

ciclurilor de histerezis și a curbelor Χ(H) sugerează existența unor interacțiuni puternice de cuplare a

straturilor, iar morfologia (§ V. 5) ilustrează formarea unei structuri granulare cu grăunți cristalini de

ordinul μm.

Figura VI. 13 reprezintă curbele de torsiune pentru probele: a) SC1 (tCo-Ni-N =79 nm), SC2 (tCo-Ni-N

=179 nm) şi SC3 (tCo-Ni-N =190 nm) trasate de la 0 la 3600 (F) şi de la 360

0 la 0 (B) unde s-a variat

grosimea stratului de Co-Ni-N [164].

Figura VI. 13. Curbele de torsiune pentru probele a) SC1, b) SC2 și c) SC3 trasate de la 0 la 360

0 (F) şi de la

3600 la 0 (B) în care am variat grosimea stratului de Co-Ni-N. Curbele de torsiune au fost măsurate pentru

câmpurile: (1-4)→ 16 kA/m, (2-5)→ 32 kA/m, (3-6)→ 48 kA/m.

0 45 90 135 180 225 270 315 360-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

(grade)

L (

u.a

)

F (1) B (4)

F (2) B (5)

F (3) B (6)

a)

0 45 90 135 180 225 270 315 360

-400

-200

0

200

400

600

800

(grade)

L (

u.a

)

F (1) B (4)

F (2) B (5)

F (3) B (6)

b)

0 45 90 135 180 225 270 315 360-600

-400

-200

0

200

400

600

800

c)

(grade)

L (u

.a)

F (1) B (4)

F (2) B (5)

F (3) B (6)


47

Forma ciclurilor din figurile VI. 5 c) și VI. 6 c) pentru proba SC3 care sugerează că straturile sunt

necuplate (interacțiuni slabe) poate fi corelată cu forma relativ simetrică a curbelor de torsiune, care

indică de asemenea că straturile nu sunt cuplate.

De asemenea, forma asimetrică a curbelor de torsiune corespunzătoare probelor SC1 și SC2 este în

bună concordanță cu forma ciclurilor de histerezis și susceptibilitate magnetică (figurile VI. 5 a), b) și VI.

6 a), b)) iar morfologia suprafeței la aceste probe este formată din grăunți cristalini de dimensiuni relativ

mari (ordinul μm).

Forma asimetrică a curbelor de torsiune ar putea fi explicată pe baza modelului Meiklejon - Bean

[164, 166], prin prezența unei anizotropii de schimb (sau a unei polarizări de schimb) în structura valvă

de spin. Anizotropia de schimb se datorează “înghețării” unei anumite distribuții a spinilor în stratul AF

de Ni-Mn determinată de interacțiunea cu stratul feromagnetic vecin de Co-Ni-N.

VI. 3. Determinarea proprietăţilor de transport ale structurilor sandwich de tip

valvă de spin [Ni-Fe/Zn/Co-Ni-N/Ni-Mn]


nemagnetic de Zn

Variația magnetorezistenței în functie de câmpul magnetic aplicat pentru probele SZ1 și SZ4, cu

direcția curentului aplicat în planul stratului sunt reprezentate în figura VI. 15 [154].

0

2

4

6

8

10

0

2

4

6

8

10

12

14

-60 -40 -20 0 20 40 60

0

1

2

3

-60 -40 -20 0 20 40 60

0

1

2

3

4

5

SZ1 longitudinal

H (kA/m)H (kA/m)

MR

%M

R %

a)b)

SZ1 transversal

c)

SZ4 longitudinal

d)

SZ4 transversal

Figura VI. 15. Variația magnetorezistentei cu câmpul magnetic aplicat pentru probele SZ1 și SZ4 (CIP

longitudinal și CIP transversal).


48

Curbele din figura VI. 15 prezintă o creștere foarte bruscă a magnetorezistenței, corespunzătoare

comutării stratului liber de Ni-Fe. Această valoare mare a magnetorezistenței gigant obținută pentru

aceste sisteme, ne oferă posibilitatea realizării unei aplicații tehnologice, în special a dispozitivelor bazate

pe senzori de câmp. Din aceste curbe se poate vedea că, odată cu creșterea grosimii stratului de Zn între

3÷13 nm, valoarea magnetorezistenței scade [154].

Se remarcă următoarele aspecte importante pe aceste curbe:

- valori mai mari ale magnetorezistenței în configurațiile CIP transversal și CPP;

- asimetria curbelor pentru sens diferit al câmpului magnetic aplicat;

- fenomene de histerezis al magnetorezistenței în funcție de sensul de variație a

câmpului magnetic (crescător sau descrescător);

- din punct de vedere al aplicațiilor ca senzor magnetic cele mai bune rezultate sunt

atinse de SZ4 în configurația CIP longitudinal, pentru care se obține o sensibilitate de

(0.48 % per Oe).

Variația magnetorezistenței cu câmpul magnetic aplicat pentru probele SZ1 și SZ4 sunt prezentate

în figura VI. 16 iar direcția curentului a fost perpendiculară pe planul stratului (CPP).

-60 -40 -20 0 20 40 60

0

2

4

6

8

0

2

4

6

8

10

SZ4 CPP

MR

%M

R %

H (kA/m)

SZ1 CPP

Figura VI. 16. Magnetorezistența (MR) pentru pobele SZ1 și SZ4 în funcție de câmpul magnetic aplicat, cu

direcția curentului perpendicular pe planul stratului (CPP).

Cele mai mari valori pentru magnetorezistența gigant (GMR) au fost de 13%, obținute pentru o

grosime a stratului de Zn de 3 nm (proba SZ1) și de aproximativ 10% pentru proba SZ4 (cu o grosime a

stratului de Zn de 13 nm) [154].

În cazul în care grosimea stratului de Zn este mai mare decât drumul liber mediu al electronilor de

conducție, electronii sunt capabili sa se deplaseze prin acest strat, sau prin stratul nemagnetic de Zn și un

strat magnetic, fară să traverseze două straturi magnetice. Modificarea orientării vectorilor magnetizație


49

în aceste straturi magnetice prin aplicarea unui câmp magnetic nu va induce o schimbare a valorii

rezistenței pentru acești electroni. Pe lângă aceasta, cuplajul de tip antiferomagnetic scade odată cu

creșterea grosimii stratului de Zn.


feromagnetic dur de Co-Ni-N

Variația magnetorezistenței în funcție de câmpul magnetic aplicat pentru probele SC1, SC2 și SC3,

cu direcția curentului aplicat în planul stratului sunt reprezentate în figura VI. 17 [164].

0

5

10

15

20

0

5

10

15

20

0

5

10

15

20

25

30

0

5

10

15

20

25

30

-60 -40 -20 0 20 40 60

0

5

10

15

20

25

30

35

-60 -40 -20 0 20 40 60

0

5

10

15

20

25

30

MR

%M

R%

MR

%

H (kA/m) H (kA/m)

SC1 transversal

a) d)

SC1 longitudinal

SC2 transversal

b)

SC2 longitudinal

e)

SC3 transversal

c)

SC3 longitudinal

f)

Figura VI. 17. Variația magnetorezistentei cu câmpul magnetic aplicat pentru probele SC1, SC2 și SC3

(CIP longitudinal și CIP transversal).

Ca și în cazul sistemului în care s-a variat grosimea stratului de Zn forma curbelor de

magnetorezistența este specifică sistemelor de tip valve de spin și anume: prezintă o asimetrie datorată

celor două straturi feromagnetice; aria curbei de magnetorezistență este mai mică pe partea cu câmp

negativ față de cea cu câmp pozitiv. Valoarea maximă obținută pentru magnetorezistența gigant a fost de

(34%) în cazul probei SC3 pentru o valoare a stratului de Co-Ni-N de 190 nm.


50

VI. 4. Curbele și diagramele FORC (FORC – First Order Reversal Curves) trasate

pentru sistemul de tip valvă de spin [Ni-Fe/Zn/Co-Ni-N/Ni-Mn]

Măsurătorile pentru acest sistem de tip valvă de spin au fost făcute în secvenţa de câmp (H=

+1000Oe, -1000Oe). Curbele FORC au fost măsurate plecând de pe ramura descendentă a ciclului major

de histerezis (MHL) schimbând sensul câmpului pentru câmpuri de primă inversare Hr.

Magnetizația măsurată pentru curbele FORC ale structurilor sandwich de tip valvă de spin a fost

reprezentată în funcție de câmpul H în figura VI. 20 (a) și (b) pentru probele SC1 și respectiv SC2

aparținând seriei II.

Figura VI. 20. Curbele FORC pentru structura sandwich de tip valvă de spin

[Ni-Fe/Zn/Co-Ni-N/Ni-Mn] pentru probele SC1 (figura VI. 20 a) și SC2 (figura VI. 20 b).

Curbele FORC pentru structura de tip valvă de spin [Ni-Fe/Zn/Co-Ni-N/Ni-Mn] trasate pentru

probele SC3 (figura VI. 21 a) și SC4 (figura VI. 21 b).

Figura VI. 21. Curbele FORC pentru structura sandwich de tip valvă de spin


-1000 -500 0 500 1000

-0.02

-0.01

0.00

0.01

0.02

m(e

mu

)

H(Oe)

-1000 -500 0 500 1000

-0.04

-0.03

-0.02

-0.01

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

m(e

mu

)

H(Oe)

(a) (b)

-1000 -500 0 500 1000

-0.04

-0.03

-0.02

-0.01

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

m(e

mu

)

H(Oe)

-1000 -500 0 500 1000

-0.08

-0.06

-0.04

-0.02

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

Hr(O

e)

H(Oe)

(a) (b)


51

Diagramele bidimensionale (2D) ale curbelor FORC trasate pentru probele SC1 (figura VI. 22 a) și

SC2 (figura VI. 22 b) sunt reprezentate ca linii de contur ale distribuțiilor în planul (H, Hr).

Figura VI. 22. Reprezentarea diagramelor FORC corespunzătoare măsurătorilor efectuate pe structura de tip

valvă de spin [Ni-Fe/Zn/Co-Ni-N/Ni-Mn] pentru probele SC1 (figura VI. 22 a) și SC2 (figura VI. 22 b).

În figura VI. 23 (a) și (b) prezentăm diagramele FORC pentru structura sandwich de tip valvă de

spin [Ni-Fe/Zn/Co-Ni-N/Ni-Mn] pentru probele SC3 și respectiv SC4 aparținând seriei II.

Figura VI. 23. Diagramele FORC corespunzătoare măsurătorilor efectuate pe structura de tip valvă de spin


În cazul probei SC3 în care grosimea stratului de Co-Ni-N este de aproximativ 190 nm și grosimea

stratului intermediar de Zn de 13 nm, se observă o comutare a straturilor feromagnetic moale și respectiv

dur aproape independentă așa după cum s-a observat și în lucrările [174, 175].

Din analiza diagramelor din figura VI. 23 a) se vede destul de clar existența a două faze

magnetice: una corespunzătoare stratului feromagnetic de Ni-Fe și una aparținând stratului de Co-Ni-N

-1000 -800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800 1000

-1000

-800

-600

-400

-200

0

200

400

600

800

1000

Hr(O

e)

H(Oe)

0.000

0.04000

0.08000

0.1200

0.1600

0.2000

0.2400

0.2800

0.3200

0.3600

0.4000

0.4400

0.4800

0.5200

0.5600

0.6000

0.6400

0.6800

0.7200

0.7600

0.8000

0.8400

0.8800

0.9200

0.9600

1.000

-1000 -800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800 1000

-1000

-800

-600

-400

-200

0

200

400

600

800

1000

Hr(O

e)

H(Oe)

0.000

0.04000

0.08000

0.1200

0.1600

0.2000

0.2400

0.2800

0.3200

0.3600

0.4000

0.4400

0.4800

0.5200

0.5600

0.6000

0.6400

0.6800

0.7200

0.7600

0.8000

0.8400

0.8800

0.9200

0.9600

1.000

(a) (b)

-1000 -800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800 1000

-1000

-800

-600

-400

-200

0

200

400

600

800

1000

Hr(O

e)

H(Oe)

0.000

0.04000

0.08000

0.1200

0.1600

0.2000

0.2400

0.2800

0.3200

0.3600

0.4000

0.4400

0.4800

0.5200

0.5600

0.6000

0.6400

0.6800

0.7200

0.7600

0.8000

0.8400

0.8800

0.9200

0.9600

1.000

-1000 -800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800 1000

-1000

-800

-600

-400

-200

0

200

400

600

800

1000

Hr(O

e)

H(Oe)

0.000

0.04000

0.08000

0.1200

0.1600

0.2000

0.2400

0.2800

0.3200

0.3600

0.4000

0.4400

0.4800

0.5200

0.5600

0.6000

0.6400

0.6800

0.7200

0.7600

0.8000

0.8400

0.8800

0.9200

0.9600

1.000

(a) (b)


52

precum și existența unei caracteristici complexe – o regiune perturbată datorată interacțiunilor dintre

particulele celor două sisteme.

Pentru a realiza o corelare mai bună a datelor experimentale privind caracterizarea acestor două

reprezentative, sintetizăm în figura VI. 26, comparativ următoarele rezultate: imaginile SEM, curbele de

susceptibilitate magnetică Χ(H), magnetorezistența MR(H), HC(H) din diagramele FORC.

Reprezentă pe linia de sus datele pentru proba SC3, iar pe cea de jos, datele pentru proba SC1.

Figura VI. 26. Corelații între imaginile de micrografie SEM, curbele de susceptibilitate magnetică Χ(H),

magnetorezistența MR(H), HC(H) din diagramele FORC.

Din analiza acestor date rezultă evident o corelare clară a caracteristicilor magnetice și de

transport cu morfologia probelor. Astfel, în cazul probelor formate din grăunți cristalini de dimensiuni

mari ce conțin mai multe domenii de magnetizare, cuplate între ele prin interacțiuni magnetostatice,

rezultă curbe de histerezis, susceptibilitate magnetică, HC(H) cu o formă ce indică interacțiuni de cuplare

puternice.

În cazul probelor formate din cristalite de dimensiuni mici, o parte din acestea ar putea fi

monodomenice și s-ar afla în stare superparamagnetică, ceea ce ar putea constitui o explicație privind

forma ciclurilor Χ(H), HC(H) și valorile mai mari ale magnetorezistenței.

0 100 200 300 400 500

-200

-100

0

100

200

0.0

5.0

x10

-7

1.0

x10

-6

1.5

x10

-6

2.0

x10

-6

pi (H

i )

0.05.0x10

-7

1.0x10-6

1.5x10-6

2.0x10-6

pc(H

c)

-800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800-30

-20

-10

0

10

20

30

H (Oe)

SC1

(

u.a

)

-600 -400 -200 0 200 400 600

0

5

10

15

20

H (Oe)

MR

%

SC1 transversal

-800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800

-30

-20

-10

0

10

20

30 SC3

H (Oe)

(

a.u

.)

-600 -400 -200 0 200 400 600

0

5

10

15

20

25

30

35

H (Oe)

MR

%

SC3 transversal

0 100 200 300 400 500

-200

-100

0

100

200

0.0

5.0

x10

-7

1.0

x10

-6

pi (H

i )

0.05.0x10

-7

1.0x10-6

1.5x10-6

2.0x10-6

pc(H

c)


53

VI. 5. Concluzii parţiale

Sistemele de tip valvă de spin [Ni-Fe/Zn/Co-Ni-N/Ni-Mn] prezintă valori apreciabile ale

magnetorezistenței gigant între 2,7 ÷ 35 %, obținute la temperatura camerei.

Comparându-se forma curbelor de histerezis și respectiv, de susceptibilitate, s-a constatat că

acestea depind foarte mult de grosimile straturilor componente: de Zn, de Co-Ni-N (feromagnetic

dur) și a stratului liber de Ni-Fe.

A fost studiat pentru prima dată efectul de magnetorezistență gigant în sistemul tip valvă de spin

„tip sandwich” la acest sistem compus din straturile: [material feromagnetic moale/ element

diamagnetic/ feromagnetic dur/ antiferomagnetic].

Prin variația grosimii stratului de Zn, câmpul coercitiv al stratului liber (Ni-Fe) variază între 68

Oe÷ 86 Oe, iar al celui magnetic dur (Co-Ni-N) între 319 Oe ÷ 337 Oe, valori compatibile cu cele

ale straturilor utilizate pentru aplicații în domeniul senzorilor magnetici.

Structura granulară formată din grăunți cristalini de dimensiuni mari (proba SC1), curba de

histerezis și curba de susceptibilitate magnetică (H) corespunzătoare ne conduc la ideea că

straturile FM moale și FM dur sunt cuplate, deci nu comută independent, așa cum s-a văzut și din

analiza FORC.

Dacă corelăm rezultatele obținute în urma determinărilor SEM cu cele magnetice, putem constata

că în cazul probei SC3 (tCo-Ni-N=190 nm) avem o structură granulară formată din grăunți cristalini

de dimensiuni mici iar în acest caz forma ciclului de histerezis, curba de susceptibilitate

magnetică (H) și diagrama FORC ne ilustrează această formă specifică proceselor de

magnetizare din straturi necuplate.

Valoarea mare obținută pentru magnetorezistență (~ 35%) ne oferă posibilitatea realizării unei

aplicații tehnologice în special dispozitive bazate pe senzori de câmp magnetic.

Concluzii generale

54

Capitolul VII

Concluzii generale

1) Pentru elaborarea acestei teze s-a realizat o sinteză a datelor din literatura de specialitate privind

stadiul actual al cercetărilor în domeniul structurilor multistrat și valve de spin, punându-se accent

mai ales pe cele obţinute electrochimic.

2) S-au obţinut prin metode electrochimice nanostructuri magnetice multistrat pe baza elementelor

Co (feromagnetic) și Zn (diamagnetic), s-a urmărit care este influența grosimii straturilor

individuale și a primului strat electrodepus asupra structurii, morfologiei și a caracteristicilor lor

magnetice şi de transport, în vederea găsirii unor posibilităţi pentru aplicaţii tehnologice ale

sistemelor nanostructurate multistrat de [Co/Zn]n şi [Zn/Co]n. Menționăm că acestea ar fi, după

cunoștința noastră, primele rezultate din literatura de specialitate privind studiul fenomenelor de

magneto-transport în cazul nanostructurilor magnetice granulare de tipul [Co/Zn]n și [Zn/Co]n .

3) Imaginile de microscopie electronică ilustrează formarea unor structuri granulare, creşterea

straturilor fiind foarte mult influenţată de modul de nucleaţie şi creştere a primului strat (Co sau

Zn), determinat in principal de caracterul interacţiunilor de la interfaţa suport - strat subţire.

4) Din măsurătorile de magnetorezistenţă ale filmelor multistrat [Co/Zn]50 şi [Zn/Co]50 s-a constatat

că acestea prezintă efecte semnificative ale magnetorezistentei (~ 30%), magnetorezistenta gigant

fiind datorată în principal cuplajului de schimb între straturile magnetice de Co şi cele

nemagnetice de Zn, precum şi interacţiunilor de la interfaţa acestor structuri granulare multistrat

Co/Zn).

5) Valorile câmpului coercitiv și ale factorului de rectangularitate a ciclului de histerezis magnetic

depind de grosimea stratului nemagnetic de Zn precum si de mecanismele de nucleație și creștere

a primului strat electrodepus.

6) S-au preparat și caracterizat sisteme de tip valvă de spin [Ni-Fe/Zn/Co-Ni-N/Ni-Mn] care

prezintă un efect de magnetorezistență de 2.7÷35 %, precum și sensibilități crescute în domenii

mici ale câmpului (favorabile pentru senzori de câmp magnetic).

7) A fost studiat pentru prima dată efectul de magnetorezistență gigant în sistemul tip valvă de spin

la sistemul [Ni-Fe/Zn/Co-Ni-N/Ni-Mn] de tip sandwich.

8) Comparându-se forma curbelor de histerezis și de susceptibilitate magnetică, s-a constatat că

acestea depind foarte mult de grosimile straturilor componente: de Zn, de Co-Ni-N (aliaj

Concluzii generale

55

feromagnetic dur) și de grosimea stratului liber de Ni-Fe. Prin variația grosimii stratului de Zn,

câmpul coercitiv al stratului liber (Ni-Fe) variază între 68 Oe÷ 86 Oe, iar al celui magnetic dur

(Co-Ni-N) între 319 Oe ÷ 337 Oe, valori convenabile pentru aplicații în domeniul senzorilor

magnetici.

9) Din analiza rezultatelor obținute cu ajutorul microscopiei electronice și din caracterizarea

magnetică, constatăm că în cazul sistemului [Ni-Fe(140 nm)/Zn(13 nm)/Co-Ni-N(190 nm)/Ni-

Mn(160 nm)] s-a obținut o structură granulară formată din grăunți cristalini de dimensiuni mici

(în medie 100 nm), caz în care forma ciclului de histerezis, forma curbei de susceptibilitate

magnetică (H) și diagramele FORC sunt specifice proceselor de magnetizare din straturi

necuplate. Pentru acest sistem obținem o valoare mare pentru magnetorezistență (~ 35%), ceea ce

ne oferă posibilitatea realizării unei aplicații tehnologice în special ca dispozitive bazate pe

senzori de câmp magnetic.

Bibliografie

56

Bibliografie selectivă:

[1] J. Garcia-Torres, E. Vallés, E. Gómez, “Giant magnetoresistance in electrodeposited Co–Ag granular films”,

Materials Letters, vol. 65, pp. 1865–1867, (2011)

[2] J. Garcia-Torres, E. Vallés, E. Gómez, “Relevant GMR in As-Deposited Co−Ag Electrodeposits:

Chronoamperometric Preparation” J. Phys. Chem. C, vol. 114 (28), pp 12346–12354 (2010).

[4] M. N. Baibich, J. M. Broto, A. Fert, F. Nguyen Van Dau, F. Petroff, “Giant Magnetoresistance of

(001)Fe/(001)Cr Magnetic Superlattices” Phys. Rev. Lett., vol. 61, Number 71, (1988).

[8] G. Binasch, P. Grünberg, F. Saurenbach, W. Zinn, „Enhanced magnetoresistance in layered magnetic structures

with antiferromagnetic interlayer exchange”, Phys. Rev. B., vol. 39, pp. 4828-4830 (1989).

[11] B. Dieny, V. S. Speriouso, S. S. P. Parkin, B. A. Gurney, D. R. Wilhoit, D. Mauri, “Giant magnetoresistance

in soft ferromagnetic multilayers”, Phys. Rev. B., vol. 43, pp. 1297-1301 (1991).).

[30] E. Gómez, X. Alcobe, E. Vallés, “Characterisation of zinc+cobalt alloy phases obtained by electrodeposition”,

Journal of Electroanalytical Chemistry, vol. 505, pp 54, (2001).

[31] A. E. Berkowitz, J. R. Mitchell, M. J. Carey, A. P. Young, S. Zhang, F. E. Spada, F. T. Parker, A.Hutten, G.

Thomas, “ Giant Magnetoresistence in Heteogeneous Cu-Co Alloys”, Phys. Rev. Lett., vol. 68, pp. 3745 (1992).

[32] T. Elbahraouia, H. Errahmani, A. Berrada, A. Dinia, G. Schmerber, F. Cherkaoui ElMoursli, F. Hajji, H.

Lassri, H. Ouahmane, “Stuctural And Magnetic Characterization Of CoxZn1-x/Cu Multilayers Obtained b y

Electrodeposition”,M. J. Condensed Matter, vol. 6, pp. 61-65 (2005).

[39] H. Chiriac, T. A. Óvári, P. Pascariu, “Phenomenological model for the simulation of hysteresis loops in

NiFe/Cu multilayered nanowires‟‟ Journal of Applied Physics, vol. 103, 07D919 (2008)

[40] N. Lupu, H. Chiriac, P. Pascariu, “Electrochemical deposition of FeGa/NiFe magnetic multilayered films and

nanowire arrays‟‟ Journal of Applied Physics, vol. 103, 07B511 (2008)

[41] Nicoleta Lupu, P. Pascariu, Carmen Gherasim, Horia Chiriac,” Magnetic Properties of Electrodeposited

FeGa/CoFeB Multilayered Films and Nanowire Arrays” IEEE Trans. Magn., vol. 44, (2008).

[47] J. C. S. Kools, “On the ferromagnetic interlayer coupling in exchange-biased spin-valve multilayers”, J. Appl.

Phys., vol. 77, pp. 2993-2998 (1995).

[48] J. C. S. Kools, W. Kula, Daniele Mauri, Tsann Lin, “Effect of finite magnetic film thickness on Néel coupling

in spin valves” Journal of Applied Physics, vol. 85, pp. 4466-4468, (1999).

[52] Q. Xiao, J. S. Jiang, C. L. Chien, “Giant Magnetoresistence in Nanomultilayer Magnetic Systems” Phys. Rev.

Lett., vol. 68, pp. 3749 (1992).

[55] J. Q. Wang, G. Xiao, ”Origin of the temperature dependence of the giant magnetoresistance in magnetic

granular solids”, Phys. Rev. B, vol. 50, pp. 3423–3426 (1994).

[56] J. Garcia-Torres, E. Vallés, E. Gómez,” Temperature dependence of GMR and effect of annealing on

electrodeposited Co–Ag granular films”, ” J. Magn. Magn. Mater. vol. 322, pp. 3186-3191, (2010).

Bibliografie

57

[57] M. A. Arranz, J. P. Andrés, J. A. De Toro, S. E. Paje, M. A. López de la Torre , J. M. Riveiro, „Magnetic

properties and microstructural characterization of granular Ag–Fe films” J. Magn. Magn. Mater. vol. 242-245, pp.

952-954, (2002).

[67] J. C. Slonczewski, “Current-driven excitation of magnetic multilayers” J. Magn. Magn. Mate., vol. 159, pp.

L1-L7, (1996).

[68] L. Berger, “Emission of spin waves by a magnetic multilayer traversed by a current”, Phys. Rev. B., vol. 54,

pp. 9353-9358, (1996).

[69] J. Grollier, V. Cross, A. Hamzic, J. M. George, H. Jaffres, A. Fert, G. Faini, J. Ben Youssef , H. Legall, “

Spin-polarized current induced switching in Co/Cu/Co pillars” Appl. Phys. Lett., vol. 78, pp. 3663-3665, (2001).

[70] J. A. Katine, F.J. Albert, R.A. Buhrman, E.B. Myers and D.C. Ralph, “Current-Driven Magnetization Reversal

and Spin-Wave Excitations in Co/Cu/Co Pillars, Phys. Rev. Lett., vol. 84, pp. 3149-3152, (2000).

[71] S. I. Kiselev, J. C. Sankey, I. N. Krivorotov, N. C. Emley, R. J. Schoelkopf, R. A. Buhrman, D. C. Ralph,

“Microwave oscillations of a nanomagnet driven by a spin-polarized current”, Nature (London), vol. 425, pp. 380-

383, (2003).

[73] E. E. Fullerton, M. J. Conover, J. E. Mattson, C. H. Sowers, S. D. Bader, “Oscillatory interlayer coupling and

giant magnetoresistance in epitaxial Fe/Cr(211) and (100) superlattices”, Phys. Rev. B., vol. 48, pp. 15755-15763,

(1993).

[74] T. Y. Chen, S. X. Huang, C. L. Chien, M. D. Stiles, “Enhanced Magnetoresistance Induced by Spin Transfer

Torque in Granular Films with a Magnetic Field”, Phys. Rev. Lett., vol. 96, pp. 207203-1-207203-4, (2006).

[111] D. Pinzaru (Tanase), S. I. Tanase, P. Pascariu, L. Vlad, C. Pirghie, V. Georgescu,” Microstructure, Magnetic

and Magnetoresistance Properties of Electrodeposited [Fe/Pt] Granular Multilayers”, J Supercond Nov Magn, DOI

10.1007/s10948-011-1173-x, (2011).

[112] D. Pinzaru (Tanase), S. I. Tanase, P. Pascariu, A. V. Sandu, V. Nica, V. Georgescu, Magnetic properties and

giant magnetoresistance effect in [Fe/Pt]n granular multilayers, Optoelectronics and Advanced Materials - Rapid

Communications (OAM-RC) 5(3) 235-241, (2011).

[113] L. Vlad, P. Pascariu, S. I. Tanase, D. Pinzaru, M. Dobromir,V. Nica,V. Georgescu, ”Magnetic properties

and structure of electrodeposited Zn–Co alloys granular thin films”, Physica B, vol. 406, pp. 1481–1487 (2011).

[115] P. Scherrer Göt. Nachr. 2, 98 (1918) .

[116] V. Biju, N. Sugathan, V. Vrinda, S. L. Salini, “Estimation of lattice strain in nanocrystalline silver from X-

ray diffraction line broadening”J. Mater. Sci., vol. 43, 1175–1179, (2008).

[124] P. Pascariu, D. Pinzaru, S.I. Tanase, A. V. Sandu, V. Georgescu, “Preparation and Magnetic Properties of

Electrodeposited [Co/Zn] Multilayer Films”, Materials Chemistry and Physics, MATCHEMPHYS-D-11-00136,

(trimis pentru publicare).

[125] P. Pascariu, S. I. Tanase, D. Tanase, V. Georgescu, “Microstructure, Magnetic and Magnetoresistance

Properties of Electrodeposited [Co/Zn]50 Multilayers”, J Supercond Nov Magn 24, pp. 1917–1923 (2011).

Bibliografie

58

[126] P. Pascariu, V. Georgescu, ”Magnetoresistance induced by spin transfer torque in electrodeposited granular

multilayers based on Co/Zn system” Optoelectronics and Advanced Materials - Rapid Communications (OAM-RC)

5 (8) pp. 836-841 (2011).

[127] J. Goodenongh, “Summary of losses in magnetic materials” IEEE Trans. Magn, vol. 38 (5), pp. 3401,

(2002).

[132] M. L. Yan, R. Skomski, A. Kashyap, L. Gao, S. H. Liou, and D. J. Sellmyer, “Hysteresis of Granular

FePt:Ag Films With Perpendicular Anisotropy”, IEEE Trans. Magn, vol. 40, pp. 2495, (2004).

[133] J. Kawaji, T. Asahi, H. Hashimoto, J. Hokkyo, T. Osaka, S. Matsunuma, G. Safran, J. Ariake, K. Ouchi,

„Microstructure and magnetic properties of a Co/Pd multilayer on a controlled Pd/Si seed layer for double-layered

perpendicular magnetic recording media”, Journal of Applied Physics, vol. 95, pp. 8023- 8029, (2004).

[139] Á. Cziráki, L. Péter, B. Arnold, J. Thomas, H. D. Bauer, K. Wetzig, et al., “Structural evolution during

growth of electrodeposited Co–Cu/Cu multilayers with giant magnetoresistance”, Thin Solid Films, vol. 424 pp.

229–380 (2003).

[148] S. I. Tanase, D. Tanase, P. Pascariu, L. Vlad, A. V. Sandu, V. Georgescu, “Tunneling magnetoresistance in

Co–Ni–N/Al granular thin films”, Materials Science and Engineering B 167, 119–123 (2010).

[149] S. I. Tanase, D. Pinzaru (Tanase), P. Pascariu, M. Dobromir, A. V. Sandu, V. Georgescu: Effect of nitrogen

addition on the morphology, magnetic and magnetoresistance properties of electrodeposited Co, Ni and Co-Ni

granular thin films onto aluminum substrates, Materials Chemistry and Physics, DOI

10.1016/j.matchemphys.2011.06.055.

[154] P. Pascariu, S. I. Tanase, D. Tanase, V. Georgescu,”Magnetic and magneto-transport properties of granular

[Ni-Fe/Zn/Co-Ni-N/Ni-Mn] spin valves”, Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures 6, pp. 1103-1110

(2011).

[163] B. C. Lim, J. S. Chen, J. H. Yin, “Reduction of exchange coupling and enhancement of coercivity of L10

FePt(001) films by Cu top layer diffusion”, Thin Solid Films 505 pp. 81 – 84 (2006).

[164] P. Pascariu, P. Postolache, A. Stancu, V. Georgescu, “Experimental and micromagnetic first-order reversal

curves analysis in [Ni-Fe/Zn/Co-Ni-N/Ni-Mn] spin valves” J Supercond Nov Magn, DOI: 10.1007/s10948-011-

1304-4 (2011).

[167] B. Dieny, “Giant magnetoresistance in spin-valve multilayers”, J. Magn. Magn. Mater., vol. 136, pp. 335-

359, (1994).

[174] H. Chiriac, N. Lupu, L. Stoleriu, P. Postolache, A. Stancu, “Experimental and micromagnetic first-order

reversal curves analysis in NdFeB-based bulk „„exchange spring‟‟-type permanent magnets” J. Magn. Magn.

Mater., vol. 316, pp. 177-180, (2007).

[175] N. Siadou, M. Androutsopoulos, I. Panagiotopoulos, L. Stoleriu, A. Stancu , T. Bakas, V. Alexandrakis,”

Magnetization reversal in [Ni/Pt]6/Pt(x)/[Co/Pt]6 multilayers” J. Magn. Magn. Mater., vol. 323, pp. 1671-1677,

(2011).

Activitatea științifică privind subiectul tezei de doctorat


Articole publicate sau în curs de publicare în reviste cotate ISI în domeniul tezei

1) P. Pascariu, S. I. Tanase, D. Tanase, V. Georgescu, “Microstructure, Magnetic and Magnetoresistance

Properties of Electrodeposited [Co/Zn]50 Multilayers”, J Supercond Nov Magn 24, pp. 1917–1923 (2011)

[impact factor: 1.014].

2) P. Pascariu, S. I. Tanase, D. Tanase, V. Georgescu,” Magnetic and magneto-transport properties of

granular [Ni-Fe/Zn/Co-Ni-N/Ni-Mn] spin valves”, Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures 6,

pp. 1103-1110 (2011). [impact factor: 2.079].

3) P. Pascariu, V. Georgescu, ”Magnetoresistance induced by spin transfer torque in electrodeposited

granular multilayers based on Co/Zn system” Optoelectronics and Advanced Materials - Rapid

Communications (OAM-RC) 5 (8) pp. 836-841 (2011) [impact factor: 0.477].

4) P. Pascariu, P. Postolache, A. Stancu, V. Georgescu, “Experimental and micromagnetic first-order

reversal curves analysis in [Ni-Fe/Zn/Co-Ni-N/Ni-Mn] spin valves” J Supercond Nov Magn, DOI:

10.1007/s10948-011-1304-4 (2011) [impact factor: 1.014].

5) L. Vlad, P. Pascariu, S. I. Tanase, D. Pinzaru, M. Dobromir, V. Nica, V. Georgescu, ”Magnetic

properties and structure of electrodeposited Zn–Co alloys granular thin films”, Physica B 406, pp. 1481–

1487 (2011) [impact factor: 0.856].

6) S. I. Tanase, D. Tanase, P. Pascariu, L. Vlad, A.V. Sandu, V. Georgescu, “Tunneling

magnetoresistance in Co–Ni–N/Al granular thin films”, Materials Science and Engineering B 167, pp.

119–123 (2010) [impact factor: 1.560].

7) S. I. Tanase, D. Pinzaru (Tanase), P. Pascariu, M. Dobromir, A. V. Sandu, V. Georgescu: Effect of

nitrogen addition on the morphology, magnetic and magnetoresistance properties of electrodeposited Co,

Ni and Co-Ni granular thin films onto aluminum substrates, Materials Chemistry and Physics, DOI

10.1016/j.matchemphys.2011.06.055 [impact factor: 2.353].

8) P. Pascariu, D. Pinzaru, S. I. Tanase, A. V. Sandu, V. Georgescu, “Preparation and Magnetic

Properties of Electrodeposited [Co/Zn] Multilayer Films”, Materials Chemistry and Physics,

MATCHEMPHYS-D-11-00136, (trimis pentru publicare) [impact factor: 2.353].


Articole publicate în reviste cotate ISI în domeniul apropiat tezei

1) D. Pinzaru (Tanase), S. I. Tanase, P. Pascariu, L. Vlad, C. Pirghie, V. Georgescu,” Microstructure,

Magnetic and Magnetoresistance Properties of Electrodeposited [Fe/Pt] Granular Multilayers”, J

Supercond Nov Magn, DOI 10.1007/s10948-011-1173-x, (2011) [impact factor: 1.014].

2) D. Pinzaru (Tanase), S. I. Tanase, P. Pascariu, A. V. Sandu, V. Nica, V. Georgescu, Magnetic

properties and giant magnetoresistance effect in [Fe/Pt]n granular multilayers, Optoelectronics and

Advanced Materials - Rapid Communications (OAM-RC) 5(3) 235-241, (2011) [impact factor: 0.477].

Lucrări prezentate la conferinţe (oral sau poster)

1) Victoria-Mariana Constantin, Petronela Pascariu, Lavinia Vlad and Violeta Georgescu, „Study of

extraordinary effect Hall in Co/Pt magnetic multilayer”, Physics and Modern Education Technologies

(FTEM), Mai 2009.

2) Petronela Pascariu, Lavinia Vlad, Sorin-Iulian Tanase, Dumitrita Pinzaru and Violeta Georgescu,

„Comparison between Magnetotransport Properties of Co/Pt and Co/Zn Multilayers”, NanoRomania

2009.

3) Lavinia Vlad, Petronela Pascariu, Sorin Iulian Tanase, Dumitrita Pinzaru and Violeta Georgescu,

„Magnetic Properties and Magnetoresistance of Granular Thin Films and Multilayers based on the Zn-

Co System”, NanoRomania 2009.

4) Sorin-Iulian Tanase, Dumitrita Pinzaru, Lavinia Vlad, Petronela Pascariu, Andrei Victor Sandu and

Violeta Georgescu, „Morphology and Tunneling Magnetoresistance in granular Co-Ni-N/Al

Nanostructered Films”, NanoRomania 2009.

5) Petronela Pascariu, Lavinia Vlad, Dumitrita Pinzaru, Sorin Iulian Tanase, Violeta Georgescu,

„Antisymmetric Magnetoresistance in Zn/Co Magnetic Multilayers”, IEEE Magnetics Society Chapter

of the Romania, 2009.

6) Sorin Iulian Tanase, Dumitrita Pinzaru, Lavinia Vlad, Petronela Pascariu, Marius Dobromir, Violeta

Georgescu, „Spin Tunneling Magnetoresistance in electrodeposited Co-Ni-N/Al Granular Thin Films”,

IEEE Magnetics Society Chapter of the Romania, 2009.

7) Lavinia Vlad, Petronela Pascariu, Sorin Iulian Tanase, Dumitrita Pinzaru, Valentin Nica, Violeta

Georgescu, „Structure and Magnetic Properties of Electrodeposited Co–Zn Alloys Granular Films”,

IEEE Magnetics Society Chapter of the Romania, 2009.

8) Dumitrita Pinzaru, Andrei Victor Sandu, Sorin Iulian Tanase, Petronela Pascariu, Lavinia Vlad,

Violeta Georgescu, „Effects of Sodium Saccharine on the Morphology and Magnetic Properties of

Electrodeposited Co-Ni-N Granular Thin Films”, IEEE Magnetics Society Chapter of the Romania,

2009.


9) Petronela Pascariu, Lavinia Vlad, Dumitrita Pinzaru, Sorin-Iulian Tanase, Violeta Georgescu, „Effect

of individual Co and Zn layers on magneto transport processes in soft magnetic Co/Zn multilayers”,

International Balkan Workshop on Applied Physics, 2009.

10) Lavinia Vlad, Petronela Pascariu, Sorin-Iulian Tanase, Dumitrita Pînzaru, Valentin Nica and Violeta

Georgescu, „Correlation between structure and magnetoresistance of electrodeposited Zn-Co thin films”,

International Balkan Workshop on Applied Physics, 2009.

11) Petronela Pascariu, Lavinia Vlad and Violeta Georgescu, „Electrodeposition and study of asymmetric

magnetoresistance of [Co/Zn] granular multilayers”, 19th Soft Magnetic Materials Conference” -

septembrie 2009

12) Dumitriţa Pînzaru, Sorin-Iulian Tănase, Petronela Pascariu, Lavinia Vlad, Marius Dobromir, Violeta

Georgescu, „Tunneling Magnetoresistance in Co-Ni-N/Al Granular Thin Film”, 19th Soft Magnetic

Materials Conference” -septembrie 2009

13) Petronela Pascariu, Lavinia Vlad, Sorin Iulian Tanase, Dumitrita Pinzaru, Valentin Nica, Marius

Dobromir, Andrei Victor Sandu, Violeta Georgescu „Research on [Co/Zn]n and [Zn/Co]n

nanostructured multilayers”, PhD Students Workshop on Fundamental and Applied Research in Physics,

24 octomber 2009, Iasi

14) Sorin Iulian Tănase, Dumitrita Pinzaru, Petronela Pascariu, Lavinia Vlad, Andrei Victor Sandu, Marius

Dobromir, Violeta Georgescu, ”Tunnelling magnetoresistance at room temperature in granular Al/Co-Ni

thin films”, PhD Students Workshop on Fundamental and Applied Research in Physics, 24 octomber

2009, Iasi

15) Lavinia Vlad, Petronela Pascariu, Sorin Iulian Tanase, Dumitrita Pinzaru, Andrei Victor Sandu,

Violeta Georgescu, „Magnetic and transport properties of thin films from Zn-Co alloys system”, PhD

Students Workshop on Fundamental and Applied Research in Physics, 24 octomber 2009, Iasi

16) Dumitrita Pinzaru, Sorin Iulian Tănase, Petronela Pascariu, Lavinia Vlad, Andrei Victor Sandu,

Aurelian Cîrlescu, Violeta Georgescu, „Morphology, structural, magnetic and transport properties of

electrodeposited Fe/Pt multilayers” PhD Students Workshop on Fundamental and Applied Research in

Physics, 24 octomber 2009, Iasi

17) Petronela Pascariu, Lavinia Vlad, Dumitrita Pinzaru, Sorin Iulian Tănase, Violeta Georgescu,

„Influence of Zn or Co seed layers on the magnetotransport properties of [Co/Zn] multilayers”,

International Conference on Superconductivity and Magnetism (ICSM 2010) 25-30 April 2010, Antalya,

Turkey

18) Lavinia Vlad, Petronela Pascariu, Sorin Iulian Tănase, Dumitrita Pinzaru, Marius Dobromir, Violeta

Georgescu, „Magnetic and structural properties of nanogranular Co/Zn-ZnO films” International

Conference on Superconductivity and Magnetism (ICSM 2010) 25-30April 2010, Antalya, Turkey

19) Dumitrita Pinzaru, Sorin Iulian Tănase, Lavinia Vlad, Petronela Pascariu, Andrei Victor Sandu,

Aurelian Cirlescu, Violeta Georgescu, „Electrodeposition and study of magnetic and transport properties


of [Fe/Pt]n multilayers” International Conference on Superconductivity and Magnetism (ICSM 2010)

25-30 April 2010, Antalya, Turkey

20) Sorin Iulian Tănase, Dumitrita Pinzaru, Lavinia Vlad, Petronela Pascariu, Violeta Georgescu, „Giant

tunneling magnetoresistance at room temperature in Al/Co-Ni-N granular thin films” International

Conference on Superconductivity and Magnetism (ICSM 2010) 25-30 April 2010, Antalya, Turkey

21) Petronela Pascariu, Lavinia Vlad, Dumitrita Pinzaru, Sorin Iulian Tănase, Cristian Pirghie, Violeta

Georgescu, “Microstructure, Magnetic and Magnetotransport Properties of Electrodeposited [Co/Zn]50

Multilayers” International Conference on Nanoscale Magnetism, September 28 - October 2, 2010,

Istanbul, Turkey.

22) Sorin Iulian Tănase, Dumitrita Tănase, Petronela Pascariu, Marius Dobromir, Violeta Georgescu,

”Large Magnetoresistance at Room Temperature in Electrodeposited Co-Ni-N Granular Thin Films”,

International Conference on Nanoscale Magnetism, Turkey, September 28 - October 2, 2010, Istanbul,

Turkey.

23) Petronela Pascariu, Andrei Victor Sandu, Violeta Georgescu, “Influence of Zn layers on magnetic and

magneto-transport processes in granular [Ni-Fe/Zn/Co-Ni-N/Ni-Mn] spin valves”, European Exhibition

of Creativity and Innovation (EuroInvent) May 12-14, 2011, Iasi, Romania.

24) Petronela Pascariu, Andrei Victor Sandu, Violeta Georgescu, “Influence of Zn layers on

magnetic and magneto-transport processes in granular [Ni-Fe/Zn/Co-Ni-N/Ni-Mn] spin valves”,

European Exhibition of Creativity and Innovation (EuroInvent) May 12-14, 2011, Iasi,

Romania.

PREMII

1. Premiul al doilea la conferința PhD Students Workshop on Fundamental and Applied Research

in Physics, 2009, pentru grupul de lucrări “Research on [Co/Zn]n and [Zn/Co]n nanostructured

multilayers”, “Tunnelling magnetoresistance at room temperature in granular Al/Co-Ni thin

films”, “Magnetic and transport properties of thin films from Zn-Co alloys system” şi

“Morphology, structural, magnetic and transport properties of electrodeposited Fe/Pt

multilayers”.

2. Diplomă de excelență la European Exhibition of Creativity and Innovation (EuroInvent), 2011,

cu lucrarea “Influence of Zn layers on magnetic and magneto-transport processes in granular

[Ni-Fe/Zn/Co-Ni-N/Ni-Mn] spin valves”.


*

Experimentele prezentate în cadrul acestei teze s-au realizat cu sprijinul

financiar obţinut din “Proiect cofinanţat din Fondul Social European prin

Programul Operaţional Sectorial pentru Dezvoltarea Resurselor Umane

2007 – 2013” (POSDRU/6/1.5/S/25).

*

Date post:	26-Jan-2020
Category:	Documents
Upload:	others
View:	11 times
Download:	0 times

Contribuții la studiul unor nanostructuri funcționale ... · REZUMATUL TEZEI DE DOCTORAT...

Documents