簡易檢索 / 詳目顯示

回結果列表
研究生： 張家瑞
Chang, Chia-Jui
論文名稱： 銥錳/玻鏌合金之交換異向性研究：利用多層膜方式成長[Mn/Ir]反鐵磁層
Study of exchange bias in IrMn/NiFe using multilayer growth of [Mn/Ir] antiferromagnetic layer
指導教授： 黃榮俊
Huang, Jung-Chun-Andrew
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 理學院 - 物理學系
Department of Physics
論文出版年： 2003
畢業學年度： 91
語文別： 中文
論文頁數： 108
中文關鍵詞： 交換偏移場，銥
外文關鍵詞： exchange bias, Ir
相關次數： 點閱：94  下載：1 
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報

    • 本研究係以分子束磊晶方法(MBE)成長高品質之[IrxMn100-x/Ni80Fe20]薄膜系統，藉著改變不同參數來探討此系統之交換耦合偏移效應。
    分析上我們利用X-ray繞射儀(XRD)來確定其磊晶關係及晶體結構，磁性方面則是利用磁光柯爾效應儀(MOKE)量測其磁滯曲線。
    實驗中的反鐵磁層(IrxMn100-x)採用multilayer的成長方式，希望藉著Mn厚度的變化，能得到較理想的比例控制。論文中也將討論改變多層膜中Ir及Mn的成長順序以及反鐵磁層的成長溫度對樣品磁性的影響。

    We have investigated the exchange bias effect on [IrxMn100-x/Ni80Fe20]
    system grown by MBE with different experiment factors.
    The epitaxy relation and crystalline structure were measured by X-ray deffraction ,and the magnetic properties of [IrxMn100-x/Ni80Fe20] system were measured by magnetic-optical kerr effect(MOKE).
    We used multilayer method to grow [Ir/Mn]N antiferromagnetic layer, the ratio of IrxMn100-x was controlled by changing the thickness of Mn. We also discussed the influences on magnetic properties of samples by changing the sequence of Mn and Ir in multilayer and the different growth temperature of antiferromagnetic layer.

    第一章 簡介 1-1前言 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧1 1-2交換磁異向性與自旋閥糸統 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧3 1-3不同反鐵磁性材料之簡介 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧6 1-4相關文獻回顧 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧9 1-5研究動機 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧12 第二章 磁異向性介紹與量測 2-1 磁異向性介紹 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧13 【A】磁晶異向性 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧14 【B】形狀異向性 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧18 【C】應力磁異向性 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 21 【D】交換磁異向性 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 27 2-2 磁異向性量測 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧34 第三章 實驗儀器介紹 3-1 分子束磊晶系統 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧39 3-2 實驗量測儀器 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧45 3-3 實驗步驟 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧59 第四章 結果與討論 4-0 引言 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧63 4-1不同的[Mn/Ir]N多層膜(multilayer)磊晶結構對交換磁偏移場影響之研究 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧65 4-2改變多層膜(multilayer)中Ir及Mn之成長順序對交換磁偏移場之 影響 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧77 4-3改變多層膜(multilayer)中Mn的厚度變化對交換磁偏移場影響之 研究 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧88 4-4不同的[Mn/Ir]N多層膜(multilayer)成長溫度對交換磁偏移場影 響之研究 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧99 第五章 結論 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ ‧‧‧‧‧‧104 參考文獻 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ ‧‧‧‧‧‧105 表目錄 表2-1.1 Fe與Ni之磁異向常數………………………………..…….…………..14 表2-1.2 K1、K2值與磁難易軸之關係………………………….…………….…..15 表3.1.1 幫浦系統……………………………………………….………..………....39 表4-1.1 [Mn/Ir]10/ Ni80Fe20 /Mo糸統成長於不同基板之磊晶關係 .…..72 表4-1.2 [Mn/Ir]10/ Ni80Fe20 /Mo糸統成長於不同基板之He關係 …..75 表4-3.1 不同厚度的Mn與週期N和反鐵磁層[Mn/Ir]N多層膜的總厚度 之關係……………….………………………………………….…… ...89 表4-3.2 [Mn/Ir]N多層膜中不同厚度的Mn之樣品對應合金成份比例之關係…………………………………………………………… 92 表4-3.3 [Mn/Ir]N多層膜中不同的Mn厚度之樣品所對應之He關係..94 圖目錄 圖1-2.1 (1)強磁下低溫冷卻（~77∘K）後的磁滯曲線……..….………….3 (2) 未經加場冷卻後的磁滯曲線 圖1-2.2 自旋閥結構示意圖……………………….………..…………………....4 圖1-2.3 交換偏移自旋閥系統之M-H與R-H圖…..……….….…………...5 圖1-3.4 自旋閥的一般結構………………………………………….…………...7 圖1-3.5 交換偏移自旋閥系統之M-H與R-H圖………………….……… ....8 圖1-4.1 不同buffer layer之MOKE圖…………………………………...10 圖1-4.2 不同buffer layer之XRD圖………………………………………....10 圖1-4.3 (a) γ-phase Mn100-xTMx 合金的Néel Temperature....…….….11 (b) γ-phase Mn100-xTMx 合金的 晶格常數 圖2-1.1 (a)Fe與(b)Ni的單晶晶體在不同晶軸方向的磁化曲線…….16 圖2-1.2 Co的單晶晶體在不同晶軸方向的磁化曲線圖…………….17 圖2-1.3 棒狀磁鐵於去磁場時其磁力線分佈…………………….………..18 圖2-1.4 棒狀磁鐵內部磁感應場分佈圖…………….……..………..……...19 圖2-1.5 Prolate spheroid………………………………………………..……....20 圖2-1.6 68 permalloy（Ni68Fe20）在外加張力時 之磁化過程………21 圖2-1.7 Ni在外加張力（tesile）（＋）及壓縮（compressive）（－） 時對磁滯曲線的影響…………………………………...…...22. 圖2-1.8 λ為正值之材料在受到張力時對磁化曲線的效應…………22 圖2-1.9 λsiσ為正值，在應力作用下磁性材料的磁化示意圖……...25 圖2-1.10 λsiσ為負值，在應力作用下磁性材料的磁化示意圖……...26 圖2-1.11 簡化的交換場模型圖………………………………………… 27 圖2-1.12 理想界面模型圖……………………………………………….28 圖2-1.13 理想界面模型單位面積界面能……………………………… 29 圖2-1.14 (a)(b)理想界面模型(c) 磁區壁模型………………………… 30 圖2-1.15 混亂磁區模型中粗糙界面處的自旋組態……………… ……32 圖2-2.1 理想單軸磁異向性晶體磁化曲線示意圖…………………….37 圖3-1.1 分子束磊晶系統……………..………………………………….……..40 圖3.1.2 （a）分子源坩堝之圖示……………….……………………….……..42 (b) 電子槍靠近坩堝附近之圖示………………………..….…….. 43 圖3-2.1 (a) 反射光在極化方向的改變 (b) Polar Magneto-Optical Kerr Effect，PMOKE (c) Longitudinal Magneto-Optical Kerr Effect，LMOKE (d) Transfers Magneto-Optical Kerr Effect，TMOKE……….. 47 圖3-2.2 LMOKE及PMOKE裝置示意圖…………………………….48 圖3-2.3 起偏鏡與檢偏鏡偏振方向示意圖…………………………….50 圖3-2.4 X-ray繞射原理圖……………………………………….……52 圖3-2.5 Contact mode AFM掃瞄原理……………………………… 56 圖3-2.6 Non-Contact mode AFM掃瞄原理……………………………57 圖4-1.1 樣品組成示意圖……………………………………………….65 圖4-1.2 [Mn/Ir]10/ Ni80Fe20/Mo系統成長於Al2O3 (11-20) 基板上之x-ray繞射圖…………………………………………………………67 圖4-1.3 [Mn/Ir]10/ Ni80Fe20/Mo系統成長於Al2O3 (1-102) 基板上之x-ray繞射圖…………………………………………………………69 圖4-1.4 hcp Al2O3與bcc Metal(如Mo、Ta)異質磊晶結構中的三維磊晶關係…………………………………………………………...70 圖4-1.5 (a)薄膜遭受來自基板一維方向之應力的幾何圖形 (b) 晶體幾何關係圖…………………………………..……..70 圖4-1.6 [Mn/Ir]10/ Ni80Fe20/Mo系統成長於MgO(100) 基板上之x-ray繞射圖…………………………………………………………71 圖4-1.7 三組不同基板的樣品之AFM圖形………………….……….73 圖4-1.8 [Mn/Ir]N /[Ni80Fe20]/Mo成長在不同基板之易軸磁滯曲線圖…75 圖4-2.1 不同成長順序之實驗示意圌………………………………… 78 圖4-2.2 樣品A([Mn/Ir]12)及樣品B([Ir/Mn]12)之薄膜成長示意圌……. .79 圖4-2.3 (A)樣品之X-ray繞射圖…………………………………………81 圖4-2.4 (B)樣品之X-ray繞射圖…………………………………………82 圖4-2.5 樣品A([Mn/Ir]12)及樣品B([Ir/Mn]12) X-ray繞射圖之比較……83 圖4-2.6 樣品A([Mn/Ir]12)及樣品B([Ir/Mn]12) 之磁滯曲線圖…….…….84 圖4-2.7 樣品A([Mn/Ir]12)及樣品B([Ir/Mn]12) 交換場大小之比較 ….85 圖4-3.1 不同成分比例之薄膜成長示意圌………………………………88 圖4-3.2 [Mn/Ir]N多層膜中不同的Mn厚度之樣品所對應之x-ray繞射圖……………………………………………………………… 90 圖4-3.3 MnIr fcc(222)繞射峰的2θ偏移示意圖……………………..… 91 圖4-3.4 [Mn/Ir]N多層膜中不同厚度的Mn之樣品所對應之磁滯曲線圖……………………………………………………………… 93 圖4-3.5 [Mn/Ir]N多層膜中不同的Mn厚度之樣品所對應之易軸磁滯曲線比較圖……………………………………………………….…94 圖4-3.6 [Mn/Ir]N多層膜中不同的Mn厚度之樣品所對應之He、Hc圖.95 圖4-3.7 NiFe/NiFeMn的交換偏移糸統中之雙偏移磁滯曲線圖……… 95 圖4-3.8 MnIr/ NiFe的交換偏移糸統中磁疇之示意圖………….………97 圖4-4.1 溫度楔 (temperture wedge) 之實驗示意圖…………………...100 圖4-4.2 樣品不同成長溫度之區間圖示…………………………….….101 圖4-4.3 樣品利用LMOKE量測之易軸磁滯曲線圖…….…………….102

    [1]M.N. Baibich, J.M. Broto, A. Fert et al., Phys. Rev. Lett. 61,2472(1988)
    [2]D.E. Heim, IEEE Trans. Magn., 30, 316(1994)
    [3]Robert L. White, IEEE Trans. Magn., 30, 346(1994)
    [4]S.S.P. Parkin, Phys. Rev. Lett., 67, 3598(1991)
    [5]Jian-Qing Wang and Gang Xiao, Phys. Rev. B, 49(6), 3982(1994)
    [6]T. Valet and A. Fert, Phys. Rev. B, 48(10), 7099(1993)
    [7]J.L. Fly, E.C. Ethridge, P.M. Levy, and Y. Wang, J. Appl. Phys., 69, 4780(1991)
    [8]W.H. Meiklejohn and C.P. Bean, Phys. Rev.102 (1956)1413, Phys. Rev. 105(1957)904.
    [9] J.Nogués, Ivan K. Schuller , J. Magn. Magn. Mater. 192, 203 (1999)
    [10] A.E. Berkowitz, Kentaro Takano, J. Magn. Magn. Mater. 200, 552 (1999)
    [11]B.Dieny, V.S. Speriosu et al., Phys. Rev. B 43, 1297 (1991)
    [12]J.C.S Kools, IEEE Trans. Magn., 32, 3165(1996)
    [13]M.J.Carey , N.Smith, B.A.Gurney, J.R.Childress and T.Lin, “Thermally-assisted decay of pinning in polycrystalline exchange biased systems,“presented at the 2001 MMM-Intermag Conference Proc.,J.Appl.Phys.,2001
    [14]J.van Driel ,F.R.de Bore, M.H.Lenssen, and R.Coehoorn, J.Appl.Phys.88,975(2000)
    [15]R.Nakatani, H.Hoshiya, K.Hoshino and Y.Sugita, IEEE Trans.Magn, VOL 33. NO 5(1997)
    [16]M.Pakala, Y.Huai, G.Anderson, and L.Miloslavsky, J.Appl.Phys.87.6653(2000)
    [17]J. C. Ro, Y .S. Choi, S. J. Suh, and H. J. Lee, IEEE Trans Magn, 35, 3925(1999)
    [18]A. J. Devasahayam, P. J. Sides, and M. H. Kryder, J.Appl.Phys. 83, 7216 (1998)
    [19]T. Yamaoka, J.Phys.Soc.Jpn.. 36, 445 (1974)
    [20] T. Yamaoka, M. Mekata, and H. Takaki, J.Phys.Soc.Jpn. 31, 301 (1971)
    [21] [34].K. Sasao , R.Yamauchi and K. Gukamichi , IEEE Teans.Magn.35 , 3910 (1999)
    [22]I. Tomeno, H. N. Fuke, H. Iwasaki, M. Sahashi and Y. Tsunoda, J.Appl.Phys. 86, 3853 (1999)
    [23]Y. M. Hu, J. C. A. Huang, C. C. Yu and C. H. Tsao, IEEE Trans.Magn. 33, 3952 (1997)
    [24] J. C. A. Huang, C. H. Tsao, and C. C. Yu, IEEE Trans.Magn 35, 2931 (1999)
    [25] J. C. A. Huang, H. C. Chiu, J.Magn.Magn.Mater. 209, 106 (2000)
    [26] J. C. A. Huang, C. C. Yu, and C. H. Lee, J.Appl.Phys. 87, 4921 (2000)
    [27]C. H. Lai, S. A. Chen, J. C. A. Huang, J.Magn.Magn.Mater. 209, 122 (2000)
    [28] C. H. Lai, S. A. Chen, J. C. A. Huang, J.Appl.Phys. 87, 6656 (2000)
    [29] Soshin Chikazumi 著,張煦、李學養 譯 磁性物理學,52,經連出版社（1981）
    [30] Cullity，”Introduction to magnetic materials”.
    [31] Sóshin Chikazumi and Stanley H.Charap，”Physics of Magnetism”
    [32] Stoner，E.C., ”The Demagnetizing Factors for Ellipsoids”, Phil.Mag.7,36，803 (1945)
    [33] See e.g., “Molecular Beam Epitaxy”, ed. By M.A. Herman and H. sitter (Berlin Springer,1989)
    [34] P.M. Levy, S. Zhang and A. Fert, Phys. Rev. Lett. 65 ,1643(1995)
    [35] . A. Vedyayev, B. Dieny and N. Ryzhanova. Europhys. Lett. 19, 329 (1992)
    [36] R.Q. Hood and L.M. Falicov, Phys. Rev. B. 46 859 (1992)
    [37] S. Zhang and P.M. Levy, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 313,53 (1993)
    [38] See e.g., “Molecular Beam Epitaxy”, ed. By M.A. Herman and H. sitter (Berlin Springer,1989)
    [39] J.P. Qian and G.C. Wang , J. Van Sci. Technol. A8, 4117(1990)
    [40] Voigt. W, “Magneto and Electro Optic”, Teubner, Leiptig (1908)
    [41] Hulme, H.R. “Farady effect in ferromagnetics”, Pro. Roy. Soc, A135,237(1932).
    [42] M.J. Freiser, IEEE Trans. Magn., MAG-4(2), 152(1968).
    [43] Y. Souche, J.M. Alameda, Materials Research Society, 150,165.

    下載圖示 校內：立即公開
    校外：2003-08-12公開
    QR CODE