6.2 Vergleich der magnetischen Anisotropie von Pt/Co/Pt- und Pd/Co/Pd-
6.2.1 Bestimmung der Anisotropiekonstanten
Pt/Co/Pt Die magnetische Anisotropie von Pt 5 nm / Co X nm / Pt 3 nm Schichtsys-temen auf SiO2, Siox und Si3N4 war bereits Gegenstand vorheriger Untersuchungen [60].
Die Ergebnisse dieser Messungen sind alsK1,e ·tCo(tCo)-Verlauf in Abb. 6.2 dargestellt.
Für die Schichtsysteme, deren Anistropie sowohl mit MOKE als auch AHE bestimmt werden kann, wurden mit beiden Methoden innerhalb des Fehlers identische K1,e er-mittelt.
Bezüglich der magnetokristallinen Anisotropie zweiter Ordnung K2 (siehe Abs. 2.1.3) wurde für alle untersuchte Proben unabhängig vom Substrat ein Wert von etwa 70 ± 30 kJ/m3 bestimmt. Dies ist in Übereinstimmung mit K2 Werten von Co/Pt-Multilagen in der Literatur [215, 216].
Der K1,e · tCo(tCo)-Verlauf zeigt für alle untersuchten Substrate einen linearen Abfall mit steigendem tCo. Auf Siox-Substraten kommt es unterhalb von tCo = 1,0 nm jedoch zu einem Abfall gegenüber diesem linearen Verhalten. Auch für SiO2 und Si3N4 ist ein solcher Abfall zu beobachten, allerdings erst fürtCo < 0,8 nm.
Für SiO2 und Si3N4 tritt auÿerdem für tCo ≥ 4 nm ein Übergang zu einem anderen li-nearen Verhalten von K1,e · tCo mit höherer negativer Steigung auf.
Die Ergebnisse der linearen Anpassung der Anisotropien aus Abb. 6.2 nach Gleichung 2.10 sind in Tabelle 6.1 gezeigt. Aufgrund des Abfalls von K1,e · tCo mit steigendem tCo wird für alle untersuchten Substrate ein negativesK1V,e berechnet. AusK1V,e wird mit Gleichung 2.8 die Formanisotropie subtrahiert und die Werte für K1V bestimmt, die in Tabelle 6.1 angegeben sind. Da für MS in dieser Arbeit jedoch 1,475 · 106 A/m statt 1,4 · 106 A/m angenommen wird, was einer Formanisotropie von 1,37M Jm3 statt 1,23M Jm3 entspricht, unterscheiden sich die Werte von K1V von denen, die in Referenz [60] angegeben sind.
Der Spinreorientierungsübergang der Schichtsysteme, bei dem mit steigendem tCo die leichte Achse der Magnetisierung von der Richtung der Probennormale in Richtung der
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6.2 Vergleich der magnetischen Anisotropie von Pt/Co/Pt- und Pd/Co/Pd-Schichtsystemen Substrat K1V für K1V für KS für KS für
tCo < 4 nm tCo ≥ 4 nm tCo < 4 nm tCo ≥ 4 nm SiO2 0,38 ± 0,03 0,13 ± 0,03 0,54 ± 0,03 0,8 ± 0,2 Si3N4 0,61 ± 0,02 0,22 ± 0,02 0,50 ± 0,03 1,0 ± 0,2
Siox 0,48 ± 0,06 - 0,82 ± 0,06
-Tabelle 6.1: Volumenanisotropie K1V, angegeben in MJ/m3, und Grenzächenanisotropien KS, ange-geben in mJ/m2, bestimmt durch lineare Anpassung der Anisotropien aus Abb. 6.2. Die gezeigten Werte berücksichtigen die verwendete Korrektur der Formansiotropie (1,37M Jm3 statt 1,23M Jm3) im Vergleich zu den Werten aus [60].
0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0
- 6 0 - 4 0 - 2 0
0
K1,eff tCo(mJ/m2) t
C o ( n m )
(a)
0 2 4 6
-6 -4 -2 0
K1,efftCo(mJ/m2)
tCo(nm)
(b)
Abbildung 6.3: (a)K1,e·tCo(tCo) von Pd 5 nm /tCo/ Pd 3 nm Schichtsystemen auf Si3N4. Die lineare Anpassung berücksichtigt alle Messwerte. In (b) ist eine Vergröÿerung des Bereichs fürtCo ≤6 nm gezeigt.
Filmebene wechselt, liegt für SiO2, Si3N4 und Siox bei tCo = 1,08 ± 0,05 nm, 1,29 ± 0,05 nm und 1,85 ± 0,05 nm.
Eine Diskussion des K1,e ·tCo(tCo)-Verlaufs im linearen Bereich sowie der daraus resul-tierenden Werte von K1V und KS erfolgt in Abs. 6.2.2.
Zusätzlich müssen die zwei Abweichungen vom linearen K1,e · tCo(tCo)-Verlauf berück-sichtigt werden:
• ein Abfall von K1,e vom linearen Verhalten für tCo < 1 nm auf Siox und fürtCo<
0,8 nm auf SiO2 und Si3N4
• eine Änderung der Steigung vonK1,e · tCo gegentCofür tCo ≥4 nm auf SiO2 und Si3N4
Die möglichen Ursachen für diese beiden Phänomene wird in den Abschnitten 6.2.4 und 6.2.3 diskutiert. Zunächst werden die Anisotropiemessungen jedoch mit den Ergebnissen für Pd/Co/Pd-Schichtsysteme verglichen.
6 Magnetische Anisotropie
Schichtsystem K1V für K1V für KS für KS für (tCo < 4 nm) (tCo ≥ 4 nm) (tCo < 4 nm) (tCo ≥4 nm) Pd/Co/Pd 0,07 ± 0,10 0,07 ±0,10 0,45 ± 0,05 0,45 ± 0,05 Pt/Pd/Co/Pd 0,5 ± 0,1 0,0 ±0,2 0,39 ± 0,05 1,4 ± 0,5
Tabelle 6.2: Grenzächenanisotropiekonstanten KS, angegeben in mJ/m2, und Volumenanisotropiekon-stantenK1V, angegeben in MJ/m3, von Pd/Co/Pd-und Pt/Pd/Co/Pd-Schichtsystemen auf Si3N4. Für die Schichtsysteme mit Pd-Wachstumslage sind die Werte im gesamtentCo-Bereich identisch. Zur Berechnung vonK1V wurdeMS,Co= 1,475·106 A/m verwendet.
0 5 1 0 1 5 2 0
- 3 0 - 2 0 - 1 0
0
K1,eff tCo(mJ/m2) t
C o ( n m )
(a)
0 2 4 6
-6 -4 -2 0 2
K1,efftCo(mJ/m2)
tCo(nm)
(b)
Abbildung 6.4: (a) K1,e · tCo(tCo) von Pt 4 nm /Pd 3,5 nm / tCo / Pd 3,5 nm Schichtsystemen auf Si3N4. In (b) ist eine Vergröÿerung des Bereichs fürtCo ≤6 nm gezeigt.
Pd/Co/Pd In Abb. 6.3 ist derK1,e·tCo(tCo)-Verlauf für die Pd/Co/Pd-Schichtsysteme dargestellt. Im gesamten untersuchtentCo-Bereich, 0,5 nm≤tCo≤50 nm, ist ein lineares Verhalten zu beobachten. Dies ermöglicht es, den Verlauf mit Hilfe von Gleichung 2.10 anzupassen, um die Anistropiebeiträge K1V,e und KS zu bestimmen. Die mit Hilfe der Anpassung ermittelten Werte vonKSundK1V sind in Tabelle 6.2 dargestellt. Wie bereits für Pt/Co/Pt-Schichtsysteme wurde eine Formanisotropie von 1,37M Jm3 angenommen.
K1V = 0,07 ± 0,10 MJ/m3 ist dabei deutlich kleiner als für Pt/Co/Pt-Schichtsysteme auf Si3N4, während fürKS = 0,45±0,05 mJ/m2 zumindest beitCo< 4 nm ein vergleich-barer Wert gemessen wird.
Der Spinreorientierungsübergang der Schichtsysteme liegt beitCo = 0,72± 0,05 nm.
Pt/Pd/Co/Pd DerK1,e·tCo(tCo)-Verlauf für die Pt/Pd/Co/Pd-Schichtsysteme ist in Abb. 6.4 gezeigt. Auällig ist zunächst, dass wie bereits bei den Pt/Co/Pt-Schichtsystemen ein Abknicken des linearen Verlaufs vonK1,e ·tCo(tCo) beitCo ≈4nm beobachtet wird, weshalb zwei separate lineare Anpassungen an den Verlauf durchgeführt wurden.
FürtCo < 0,5 nm tritt ein Abfall vom linearen Verhalten vonK1,e ·tCo(tCo) auf, wie es auch für Pt/Co/Pt-Schichtsysteme fürtCo< 1 nm auf Siox und fürtCo< 0,8 nm auf SiO2
und Si3N4 beobachtet wurde. Der fürtCo= 0,3 nm gemessene Wert liegt zwar nur knapp
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6.2 Vergleich der magnetischen Anisotropie von Pt/Co/Pt- und Pd/Co/Pd-Schichtsystemen unterhalb des linearen Verlaufs, dennoch ist die Abweichung gröÿer als der berechnete Fehler.
Aufgrund des Abknickens bei tCo ≈ 4nm werden die durch lineare Anpassung ermit-telten Anisotropiekonstanten KV,e und KS für tCo ≥ 4 nm und tCo < 4 nm getrennt in Tabelle 6.2 angegeben.
K1V = 0,0±0,2 MJ/m3 fürtCo≥4 nm stimmt innerhalb des Fehlers mit dem Wert über-ein, welcher für Pd/Co/Pd-Schichtsysteme ermittelt wurde. Der Fehler ist vergleichswei-se hoch, da der Wert aus der Anpassung von nur drei Messpunkten bestimmt wurde.
Der für tCo ≥ 4 nm ermittelte Wert für KS = 1,4 ± 0,5 mJ/m2 ist deutlich gröÿer als alle anderen in dieser Arbeit diskutierten Grenzächenanisotropien und auch gröÿer als alle Werte in der Literatur für Co/Pd und Co/Pt [197, 209]. Doch wie bereits für KV,e ist der Fehler durch die Anpassung von nur drei Messpunkten zur Bestimmung von KS zu groÿ, um diesen Wert ausführlicher zu diskutieren.
Für tCo < 4 nm wird K1V = 0,5± 0,1 MJ/m3 und KS = 0,39± 0,05 mJ/m2 berechnet.
Der Spinreorientierungsübergang der Schichtsysteme liegt bei tCo = 0,88 ± 0,05 nm.