Analysis of Exchange Coupling Energy by Ferromagnetic Resonance Method in CoFe/MnIr Bilayers

We measure the ferromagnetic resonance signals in order to analyze the exchange coupling energy due to the uncompensated antiferromagnetic spins in exchange coupled CoFe/MnIr bilayers. The exchange bias fields ($H_{ex}$) and rotatable anisotropy fields ($H_{ra}$) are obtained from the ferromagnetic resonance fields measured with in-plane angle in thermal annealed samples with $t_{AF}$= 0, 3, and 10 nm. The sum of the $H_{ex}$ and $H_{ra}$ do not depend on the MnIr thickness, which means that all the uncompensated AF spins are aligned to one direction in $300^{\circ}C$ annealed samples. Therefore, the uncompensated AF spins are divided into two different parts. One parts are fixed at the interface between CoFe/MnIr bilayers and induces the $H_{ex}$, other parts are rotatable with magnetic field and induces the $H_{ra}$. Finally, the exchange coupling energy can be expressed by the sum of the exchange bias energy and rotatable anisotropy energy.

강자성 공명법을 이용한 CoFe/MnIr 박막의 교환 결합 에너지 분석

본 연구에서는 CoFe/MnIr 이중층 구조의 계면에 존재하는 비상보성 반강자성(AF) 스핀들에 의한 교환 결합 에너지 특성을 강자성 공명(FMR) 측정법을 이용하여 분석하였다. MnIr의 두께가 $t_{AF}$= 0, 3 및 10 nm 재료를 열처리한 한 후 이들 재료의 FMR 신호를 측정하였으며, $t_{AF}$= 0 nm 재료를 기준으로 하여 $t_{AF}$= 3 및 10 nm 재료의 교환 바이어스 자기장($H_{ex}$)과 회전 이방성 자기장($H_{ra}$)을 도출하였다. $300^{\circ}C$에서 열처리한 재료의 경우, $H_{ex}$과 $H_{ra}$의 합은 MnIr의 임계 두께에 무관하게 동일한 값을 보이는데, 이는 비상보성 AF 스핀들이 모두 한 방향으로 정열 되었음을 의미한다. 이들 결과로부터 비상보성 AF 스핀들 중에서 일부분은 CoFe/MnIr의 계면에 고정되어 $H_{ex}$로 발현되어 나타나고, 나머지 부분은 자기장의 방향에 따라서 회전하므로 $H_{ra}$로 발현되고 있음을 알 수 있었다. 따라서 교환 결합 에너지는 교환 바이어스 에너지 및 회전 이방성 에너지의 합으로 표현될 수 있음을 보였다.