Magnetic properties and thermal stability by exchange biased perpendicular magnetic anisotropy in (Pd/Co)$_{N}$FeMn multilayer deposited by do magnetron sputtering system are investigated. We measured the perpendicular magnetization curves of (Pd(0.8nm)/Co(0.8nm)$_{5}$FeMn multilayer as function of FeMn thickness and annealing temperature. As FeMn thickness increases from 0 to 21nm, the perpendicular exchange bias(Hex) obtained 127 Oe at FeMn thickness 15nm. As the annealing temperature increases to 24$0^{\circ}C$, the E$_{ex}$ increased from 115 Oe to 190 Oe and disappeared exchange biased perpendicular magnetic anisotropy effect at 33$0^{\circ}C$.
The relation of ferromagnet anisotropic magnetization and the antiferromagnet atomic spin configuration has been investigated for variously angles of unidirectional deposition magnetic field of FeMn layer in Corning glas/Ta(5 nm)/NiFe(7 nm)/FeMn(25 nm)/ Ta(5 nm) multilayer prepared by ion beam deposition. Three unidirectional deposition angles of FeMn layer are $0^{\circ},\;45^{\circ}$, and $90^{\circ}$, respectively. The exchange bias field ($H_{ex}$) obtained from the measuring easy axis MR loop was decreased to 40 Oe in deposition angle of $45^{\circ}$, and to 0 Oe in the angle of $90^{\circ}$. One other side hand, $H_{ex}$ obtained from the measuring hard axis MR loop was increased to 35 Oe in deposition angle of $45^{\circ}$, and to 79 Oe in the angle of $90^{\circ}$. Although the difference of uniderectional axis between ferromagnet NiFe and antiferromagnet FeMn was 90o, the strong antiferromagnetic dipole moment of FeMn caused to rotate the weak ferromagnetic dipole moment of NiFe in the interface. This result implies that one of origins for exchange coupling mechanism depends on the effect of magnetic field angle during deposition of antiferromgnet FeMn layer.
Top synthetic spin valves with structure Ta/NiFe/CoFe/Cu/CoFe(P1)/Ru/CoFe(P2)/FeMn/Ta on Si(100) substrate with natural oxide were prepared by dc magnetron sputtering system, and investigated on the magnetoresistance properties and effective exchange bias field. As the thickness of FeMn increased above 150 $\AA$, MR ratio was decreased due to the current shunting effect. As the thickness of free layer decreased below 40$\AA$, MR ratio was reduced rapidly. In case of 40 $\AA$ thick of free layer, spin valve film with a structure Si(100)/Ta(50 $\AA$)/NiFe(27 $\AA$)/CoFe(13 $\AA$)/Cu(26 $\AA$)/CoFe(30 $\AA$)/Ru(7 $\AA$)/CoFe(15 $\AA$)/FeMn(100 $\AA$)/Ta(50 $\AA$) exhibited maximum MR ratio of 7.5 % and an effective exchange bias field of 600 Oe, respectively. Thickness difference dependence in this synthetic spin valve structure on effective exchange field was investigated and interpreted by the analytical method. It should be noted that thickness increase of CoFe(P 1) and decrease of CoFe(P2) in synthetic antiferromagnet leaded to the decrease in effective exchange bias field by experimentally and analytically.
Kim, S.S.;Yim, H.I.;Rhee, J.R.;Lee, S.S.;Hwang, D.G.
Journal of the Korean Magnetics Society
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v.18
no.4
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pp.142-146
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2008
The angular dependence of the exchange bias($H_{ex}$) and coercivity($H_c$) in multilayer $[Pt/Co]_N-IrMn$ with applied measuring field rotated toward in-plane at angle $\theta$ from perpendicular-to-plane, has been measured. Multilayer films consisting of $Si/SiO_2/Ta(50)/Pt(4)/[Pt(15)/Co(t_{Co})]_N/IrMn(50)/Ta(50)(in\;{\AA})$ were prepared by magnetron sputtering under typical base pressure below $2{\times}10^{-8}$ Torr at room temperature. Magnetization measurements were performed on a vibrating sample magnetometer and extraordinary Hall voltage measurement systems after cooling from 550 K under a field of 2 kOe applied along the perpendicular to film direction. The hysteresis loop shifts from the origin not only along the field axis but also along the magnetization axis. $H_{ex}$ and $H_c$ show a $1/cos{\theta}$ and $1/|cos{\theta}|$ dependence on the angle($\theta$) between the applied measuring field and the perpendicular-film direction, respectively. This $1/cos{\theta}$ dependence can be accounted for by considering the angular dependence of strong out-of-plane magnetic anisotropy introduced during the field cooling.
Magnetoresistance of NiFeCo/Cu/NiFeCo/FeMn uncoupled exchange biased sandwiches has been studied. The magnetoresistance change ratio, ${\Delta}R/R_{s}$ showed 4.1 % at a saturation field as low as 11 Oe in $Si/Ti(50\;{\AA})/NiFeCo(70\;{\AA})/Cu(23\;{\AA})/NiFeCo(70\;{\AA})/FeMn(150\;{\AA})/Cu(50\;{\AA})$ spin valve structure. In this system, the magnetoresistance was affected by interlayer material and thickness. When Ti and Cu were used as the interlayer material in this structure, maximum magnetoresistance change ratio were 0.32 % and 4.1 %, respectively. 6.1 % MR ratio was obtained in $Si/Ti(50\;{\AA})/NiFeCo(70\;{\AA})/Cu(15\;{\AA})/NiFeCo(70\;{\AA})/FeMn(150\;{\AA})/Cu(50\;{\AA})$ spin valve structure. The magnetoresistance change ratio decreased monotonically as the interlayer thickness increased. It was found that the exchange bias field exerted by FeMn layer to the adjacent NiFeCo layer was ~25 Oe, far smaller than that reported in NiFe/Cu/NiFe/FeMn spin valve structure(Dieny et. al., ~400 Oe). The relationship between the film texture and exchange anisotropy ha been examined for spin valve structures with Ti, Cu, or non-buffer layer.
Kim, K.Y.;Shin, K.S.;Han, S.H.;Lim, S.H.;Kim, H.J.;Jang, S.H.;Kang, T.
Journal of the Korean Magnetics Society
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v.10
no.2
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pp.67-73
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2000
Top spin valve samples with a structure Ta/NiFe/CoFe/Cu/CoFe/FeMn/Ta were deposited on a Si(100) substrate by changing d.c. magnetron sputtering conditions and the exchange-bias and magnetic properties of samples were investigated. The Exchange field, H$\_$ex/ increased with increase of sputtering power of FeMn from 30 to 150 W and CoFe from 30 to 100 W deposited on the Cu, the increase of H$\_$ex/ was found due to the improvement of preferred orientation of (111) FeMn phase from XRD results. In the case of Cu, H$\_$ex/ decreased with the increase of sputtering pressure ranging from 1 to 5 mTorr. The relationship between exchange field and resistance was investigated, spin valve samples with a large exchange field showed the lower resistance, which was strongly dependent on the good crystallinity and grain size increase as well as lower scattering effects. The Cu thickness was changed from 22 to 38 $\AA$ for Si/Ta/NiFe/CoFe/Cu(t), 30 W/CoFe, 100 W/FeMn, 100 W/Ta spin valve structures, MR ratio of 6.5 % and exchange field of about 190 Oe were obtained for the sample with Cu of 22 $\AA$ thickness. The increase of exchange field with decrease of Cu thickness was explained by FM/AFM spin-spin interaction.
The role of magnetic anisotropy of the antiferromagnetic layer on the magnetization process of exchange coupled polycrystalline ferromagnetidantiferromagnetic bilayers is discussed. In order to elucidate the magnetic torque response of Ni-Fe/Mn-Ir bilayers, the single spin ensemble model is newly introduced, taking into account the two-dimensionally random distribution of the magnetic anisotropy axes of the antiferromagnetic grains. The mechanism of the reversible inducement of the exchange anisotropy along desirable directions by field cooling procedure is successfully explained with the new model. Unidirectional anisotropy constant, J$k$, of polycrystalline Ni-Fe/Mn-Ir and Co-Fe/Mn-Ir bilayers is investigated as functions of the chemical composition of both the ferromagnetic layer and the antiferromagnetic layer. The effects of microstructure and surface modification of the antiferromagnetic layer on JK are also discussed. As a notable result, an extra large value of J$k$, which exceeds 0.5 erg/cm$^2$, is obtained for $Co_{70}Fe_{30}Mn_{75}Ir_{25}$ bilayer with the ultra-thin (50${\AA}$∼100${\AA}$) Mn-Ir layer. The exchange anisotropy of $Co_{70}Fe_{30}$ 40 ${\AA}/Mn_{75}Ir_{25}$ 100 ${\AA}$ bilayer is stable for thermal annealing up to $400{^{\circ}C}$, which is sufficiently high for the application of spin valve magnetoresistive devices.
The holes with a diameter of $35{\mu}m$ inside the GMR-SV (giant magnetoresistance-spin valve) film were patterned by using the photolithography process and ECR (electron cyclotron resonance) Ar-ion milling. From the magnetoresistance curves of the GMR-SV film with holes measuring by 4-electrode method, the MR (magnetoresistance ratio) and MS (magnetic sensitivity) are almost same as the values of initial states. On other side hand, the $H_{ex}$ (exchange bias coupling field) and $H_c$ (coercivity) dominantly increased from 120 Oe and 10 Oe to 190 Oe and 41 Oe as increment of the number of holes inside GMR-SV film respectively. These results were shown to be attributed to major effect of EMD (easy magnetic domian) having a region positioned between two holes perpendicular to the sensing current. On the basis of this study, the fabrication of GMR-SV applying to the hole formation improved the magnetoresistance properties having the thermal stability and durability of bio-device.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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