本論文中製作了一系列不同線寬的次微米鎳鐵/銅/鎳鐵三層結構平板線三層結構樣品並 且作了磁電阻量測,實驗的結果主要可以分為三個部分。
在第一部份三層結構樣品中因為有兩層鐵磁層,所以在磁電阻曲線中會呈現兩個轉換 場。其中 Hsw1 符合 curling 所預期轉換場對應外加磁場與樣品長軸夾角的關係,其值 做厚度修正後與單層平板線所得到的值相符。而 Hsw2 的值則是高於單層平板線以 curling model 所預期的轉換場值對應外加磁場與樣品長軸夾角關係,我們認為 Hsw2的 值受到兩鐵磁層間所產生的反鐵磁耦合的影響,使得其轉換場的值增加,但 Hsw2 的值 似乎沒有受到該層厚度改變的影響。
第二個部分則是三層結構樣品的飽和磁電阻值隨著外加磁場角度變大而下降,經過擬 合的飽和磁電阻值與異向性磁阻的預期相符合,所以我們的三層結構樣品受到巨磁阻 效應與異向性磁阻效應所影響。另外當樣品作 TMR 量測時,樣品內部磁矩翻轉則是 coherent rotation 的形式,也就是兩層鐵磁層平行排列的翻轉,磁電阻曲線類似鐘罩的 形狀。我們利用 TMR 的磁電阻曲線擬合計算出樣品的異向性能 Ku值,其 Ku值與飽和 磁場都和樣品的厚度成正比,但是三層結構樣品的 Ku 值則在線寬較窄(w<0.6m)的 地方斜率趨緩,我們推測主要的原因可能是兩層鐵磁層間的交換耦合能量對於樣品在 coherent rotation 時造成的影響。所以當外加磁場垂直樣品長軸時,在三層結構樣品中,
鐵磁層間的交換耦合幫助鐵磁層內部的磁矩作 coherent rotation。
第三個部分則是溫度對於磁電阻造成的差異。在 10K 時,三層結構樣品的巨磁阻 變化率約是 2.9%到 4.2%左右;異向性磁阻則約是 1%到 2%左右,其兩種電阻變化率 與線寬或是鐵磁層的厚度沒有明顯的相關性。兩種磁阻變化率都隨著溫度從 10K 升至 室溫而變小,室溫 LMR 量測的巨磁阻變化率在 1%到 2%左右;異向性磁阻變化率則 在 1%以內。另外 LMR 轉換場的值也隨著溫度上升而下降,不過單層鎳鐵平板線室溫 時無法觀測到 LMR 磁矩翻轉所造成的電阻變化,但在三層結構樣品的 LMR 中則可以
明顯觀察到磁矩以 curling 的形式翻轉造成電阻值瞬間的變化。如此一來我們便可利用 這樣的三層結構樣品,在室溫下作各種磁矩翻轉模式的研究。
5-2 未來方向
由於在製作 20/35nm 這批樣品時,更換了新的 Ni80Fe20蒸鍍顆粒,可能是因為其 Ms的 值不一致,造成在 Ku 值的擬合計算上都比 25/35nm、30/35nm 這兩批樣品稍微大。所 以可以在製作一批不同於 20/35nm 厚度的樣品量測,確認 Ku值的差異。
另外一方面,在本實驗室之前研究的鎳(Ni)平板線中,其樣品在沒有外加磁場的情 況下,磁矩排列方式不是受到形狀異向性能的主導排列在長軸方向,而排列短軸的方 向上。我們推斷的原因是樣品跟基板間的磁彈性能(Magnetoelastic energy)大於本身 形狀異向性能,因此主導了內部磁矩排列的方式。而透過本論文裡面的三層結構,可 以將其中第二層鐵磁層改變為鎳使其避免與基板產生磁彈性能,並透過磁電阻量測的 方式觀察形狀異向性能是否能夠主導鎳平板線內部磁矩排列的方式,以確認之前我們 所提出的結論是否正確。而在本篇論文所提的三層結構中是使用鎳鐵合金為鐵磁層,
之後也可將其換成不同的鐵磁層搭配,如氧化鈷、氧化鎳……等,研究更多的磁性效 應。
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