Metals Research Dept. (Research Institute for Solid State Physics and Optics Hung. Acad. Sci.)
Participants
Lohner, Tivadar Molnár, György Neuróhr, Katalin Pekker, Áron Péter, László Pogány, Lajos Révész, Ádám Szász, Krisztián Tóth, Bence
Starting date
2009-01-01
Closing date
2012-12-31
Funding (in million HUF)
22.417
FTE (full time equivalent)
10.32
state
closed project
Summary in Hungarian
A fizikai rétegleválasztási (PD) eljárások mellett a viszonylag egyszerű és kis költségigényű elektrokémiai módszert (ED) régóta ígéretes technológiának tartják jó minőségű, a spintronikában egyre inkább teret nyerő nanoskálájú rétegek előállítására. Ilyen anyagok pl. az óriás mágneses ellenállást (GMR) mutató mágneses/nemmágneses multirétegek (a GMR effektus felfedezését a 2007. évi fizikai Nobel-díjjal jutalmazták).
Az ED multirétegek GMR paraméterei - az eddigi erőfeszítések ellenére, amihez csoportunk is jelentősen hozzájárult - jelenleg még nem érik el a PD multirétegek megfelelő tulajdonságait. Kutatásaink során lényegesen javítottunk az ED technológián, beleértve a csak nagy mágneses térben telíthető GMR járulék kiküszöbölését is.
Ennek alapján most lehetőség nyílik arra, hogy az ED multirétegek GMR tulajdonságainak jelentős javulását érjük el a rétegek kémiai összetételének alkalmas megválasztásával. Az általunk a Co/Cu multirétegeken kidolgozott optimalizációs eljárást kiterjesztenénk a mágnesesen lágyabb viselkedést eredményező Fe-Co/Cu, Co-Ni/Cu és Fe-Co-Ni/Cu rendszerekre, amit még nem végeztek el a szakirodalomban. Újszerű megközelítésként tervezzük a PD módszereknél bevált ún. felületaktív anyagok alkalmazását, ami a nem-mágneses Cu rétegnek Pb, Bi, Ag és/vagy Au elemekkel való kismértékű ötvözését jelenti. Ezek az adalékok az atomsíkonként történő rétegnövekedést segítik elő az ED módszernél eddig tapasztalt szigetes növekedés helyett. Vizsgálni kívánjuk az elektrolithőmérséklet eddig nem tanulmányozott hatását is, ami a nukleációs folyamatok befolyásolásán keresztül szintén egyenletesebb rétegnövekedést eredményezhet. Az eddig csak általunk tanulmányozott Co/Ru multirétegeket is tervezzük újra vizsgálni, amely rendszer mesterséges antiferromágnes (AF) készítését teszi lehetővé a mágneses rétegek közötti erős AF csatolás miatt.
Fémes rétegek elektrokémiai előállításában több évtizedes tapasztalatunk van és kutatócsoportunk rendelkezik a GMR multirétegek előállításához, szerkezeti jellemzéséhez (röntgendiffrakció) és magnetotranszport tulajdonságainak vizsgálatához szükséges eszközökkel. Újdonságként egy tűszondás (AFM) és egy felületi optikai módszerrel (ellipszometria) is vizsgálnánk a nukleációs és rétegnövekedési folyamatokat, amiből várható ismeretek révén hatékonyabban lehet majd ED módszerrel is a jövőben érdekessé váló újabb nanofázisú anyagokat előállítani.
Summary
Electrodeposition (ED) has long been considered as a viable alternative to physical deposition (PD) techniques to provide a simple and cheap technology for preparing high-quality spintronic materials such as magnetic/non-magnetic multilayers with giant magnetoresistance (GMR) behaviour (the discovery of this effect was awarded with the Nobel Prize in Physics in 2007).
In spite of the recent progress on ED multilayers, to a large extent by our group, these materials are still inferior concerning the GMR parameters in comparison with PD multilayers. We have significantly improved the ED preparation technology, including the elimination of GMR contributions with high saturation fields.
On this basis, it is now possible to improve the GMR characteristics of ED multilayers by properly adjusting the layer compositions. The optimization procedure we elaborated on Co/Cu multilayers will be extended to magnetically softer Fe-Co/Cu, Co-Ni/Cu and Fe-Co-Ni/Cu systems which has not yet been carried out in the literaure. As a new approach, the application of surfactants proved to be beneficial for PD multilayers will be introduced also for the ED method. This implies the alloying of the Cu spacer layer with a small amount of Pb, Bi, Ag and/or Au since these elements are known to promote layer-by-layer growth instead of the island-like growth observed until now for ED multilayers. The influence of bath temperature will also be explored by which the nucleation processes can certainly be affected and smoother layer growth can be achieved. We also plan a re-investigation of the Co/Ru system which can be used as an artificial antiferromagnet in spin-valve structures.
The facilities necessary for the preparation, structural characterization (XRD) and GMR measurements are available for the project. As a novelty, the study of nucleation and growth by the available microprobe (AFM) and optical surface (ellipsometry) techniques is also planned.
