Study of the Perpendicular Magnetic Anisotropy and Exchange Bias in [Pd/Co]5/FeMn Superlattices

We investigate the exchange bias effect in $[Pd/Co]_5$ superlattice structures which are representative system of the perpendicular magnetic anisotropy. We fabricate Si/$[Pd/Co]_5$/FeMn structures, and study the exchange bias variations by measuring hysteresis loop variations with thickness of FeMn layer. In order to optimize the perpendicular magnetic anisotropy, we fix the thickness of Pd with 1.1 nm and investigate the dependence of the perpendicular magnetic anisotropy on the ferromagnetic Co layer thickness. As results, we find that the biggest coercivity in 0.3 nm of Co layer without FeMn layer. The biggest exchange bias field is found for 0.3 nm of Co layer when we change the Co thickness with fixed FeMn thickness. When we vary thickness of FeMn layer, the biggest coercivity is found for 5 nm of FeMn layer. No exchange bias is observed when the FeMn layer is thinner than 3 nm, and the exchange bias field increases with FeMn layer thickness continuously up to 15 nm.

[Pd/Co]5/FeMn 초격자 다층 박막구조에서 수직 자기이방성과 교환바이어스에 관한 연구

본 연구에서는 대표적인 수직자기 이방성 물질인 $[Pd/Co]_5$ 초격자 다층박막 구조에서 교환 바이어스 현상을 연구하기 위해 Si/$[Pd/Co]_5$/FeMn 구조의 시료를 제작하고, FeMn 층의 두께 변화에 따른 교환바이어스의 변화에 대한 연구를 자기이력곡선의 측정을 통해 수행하였다. 그리고 수직자기 이방성을 최적화하기 위해 Pd의 두께를 1.1 nm로 고정하고 강자성인 Co의 두께 변화에 따른 수직자기이방성 변화를 고찰하였다. 그 결과, FeMn 층이 없을 때 Co의 두께 0.3 nm에서 가장 큰 보자력을 보였다. FeMn 층의 두께를 고정시킨 후 Co의 두께 변화를 관찰하였을 때도 0.3 nm일 때 가장 큰 교환 바이어스가 관찰되었다. FeMn 층의 두께 변화에 대해서는 FeMn 층의 두께가 5 nm일 때 보자력이 가장 크게 나타났으며, 그 이상에서는 일정한 값을 가졌다. FeMn 층의 두께가 3 nm 이하일 때는 교환바이어스 효과가 관찰되지 않았으며, 15 nm가 될 때까지 지속적으로 증가하는 결과를 관찰하였다.