GMR multilayer system and its investigation. Konstanty Marszalek AGH University of Science &Technology

Podobne dokumenty
Tytuł pracy w języku angielskim: Microstructural characterization of Ag/X/Ag (X = Sn, In) joints obtained as the effect of diffusion soledering.

WARSZAWA LIX Zeszyt 257

Wykład 12 V = 4 km/s E 0 =.08 e V e = = 1 Å

Morfologia i własności magnetyczne planarnych i liniowych nanostruktur metalicznych

SPM Scanning Probe Microscopy Mikroskopia skanującej sondy STM Scanning Tunneling Microscopy Skaningowa mikroskopia tunelowa AFM Atomic Force

Ferromagnetyczne materiały dla kontrolowanego pozycjonowania ścian domenowych

Nagroda Nobla 2007 efekt GMR

Aparatura do osadzania warstw metodami:

Wpływ temperatury podłoża na właściwości powłok DLC osadzanych metodą rozpylania katod grafitowych łukiem impulsowym

Plan. Kropki kwantowe - część III spektroskopia pojedynczych kropek kwantowych. Kropki samorosnące. Kropki fluktuacje szerokości

Kropki samorosnące. Optyka nanostruktur. Gęstość stanów. Kropki fluktuacje szerokości. Sebastian Maćkowski. InAs/GaAs QDs. Si/Ge QDs.

Fizyka, technologia oraz modelowanie wzrostu kryształów Dyfrakcja i Reflektometria Rentgenowska

Podstawy fizyki wykład 2

Electromagnetism Q =) E I =) B E B. ! Q! I B t =) E E t =) B. 05/06/2018 Physics 0

INSPECTION METHODS FOR QUALITY CONTROL OF FIBRE METAL LAMINATES IN AEROSPACE COMPONENTS

Auditorium classes. Lectures

Centrum Materiałów Zaawansowanych i Nanotechnologii

CHARAKTERYSTYKA AFM CIENKICH WARSTW SnO 2 UZYSKANYCH PODCZAS SPUTTERINGU MAGNETRONOWEGO PRZY WYBRANYCH WARUNKACH PROCESU

Technologie plazmowe. Paweł Strzyżewski. Instytut Problemów Jądrowych im. Andrzeja Sołtana Zakład PV Fizyki i Technologii Plazmy Otwock-Świerk

Technologia cienkowarstwowa

DETECTION OF MATERIAL INTEGRATED CONDUCTORS FOR CONNECTIVE RIVETING OF FUNCTION-INTEGRATIVE TEXTILE-REINFORCED THERMOPLASTIC COMPOSITES

Relaxation of the Cosmological Constant

1 / 5. Inżynierii Mechanicznej i Robotyki. Mechatronic Engineering with English as instruction language. stopnia

O NIEKTÓRYCH SKUTKACH ODDZIAŁYWANIA PROMIENIOWANIA LASERA RUBINOWEGO Z UKŁADEM CIENKA WARSTWA WĘGLIKÓW METALI NA KAPILARNO-POROWATYM PODŁOŻU

Mikrostruktura, struktura magnetyczna oraz właściwości magnetyczne amorficznych i częściowo skrystalizowanych stopów Fe, Co i Ni

A R C H I V E S O F M E T A L L U R G Y A N D M A T E R I A L S Volume Issue 1 DOI: /v y

Badania dyfrakcyjne cienkowarstwowych struktur pod kątem zastosowań w elektronice spinowej

WPŁYW PROCESU TARCIA NA ZMIANĘ MIKROTWARDOŚCI WARSTWY WIERZCHNIEJ MATERIAŁÓW POLIMEROWYCH

ERASMUS + : Trail of extinct and active volcanoes, earthquakes through Europe. SURVEY TO STUDENTS.

HOW MASSIVE ARE PROTOPLANETARY/ PLANET HOSTING/PLANET FORMING DISCS?

The Overview of Civilian Applications of Airborne SAR Systems

Zarządzanie sieciami telekomunikacyjnymi

Laureaci Nagrody Nobla z fizyki w 2007 r.

THEORETICAL STUDIES ON CHEMICAL SHIFTS OF 3,6 DIIODO 9 ETHYL 9H CARBAZOLE

The impact of the global gravity field models on the orbit determination of LAGEOS satellites

Development of SOFC technology in IEn OC Cerel

ANALIZA POWIERZCHNI BADANIA POWIERZCHNI

4. EKSPLOATACJA UKŁADU NAPĘD ZWROTNICOWY ROZJAZD. DEFINICJA SIŁ W UKŁADZIE Siła nastawcza Siła trzymania

Zakopane, plan miasta: Skala ok. 1: = City map (Polish Edition)

Innowacyjne technologie wielofunkcyjnych materiałów i struktur

Microsystems in Medical Applications Liquid Flow Sensors

Has the heat wave frequency or intensity changed in Poland since 1950?

METODY BADAŃ BIOMATERIAŁÓW

Few-fermion thermometry

Fixtures LED HEDRION

Kielce University of Technology.

Machine Learning for Data Science (CS4786) Lecture11. Random Projections & Canonical Correlation Analysis


Institute of Metallurgy and Materials Science, Polish Academy of Sciences: metallurgist (since 2010), assistant professor (since 2014).

PARAMETRY TECHNICZNE DEKLAROWANE PRZEZ PRODUCENTA POTWIERDZONE BADANIAMI / RATINGS ASSIGNED BY THE MANUFACTURER AND PROVED BY TESTS

Forested areas in Cracow ( ) evaluation of changes based on satellite images 1 / 31 O

Health Resorts Pearls of Eastern Europe Innovative Cluster Health and Tourism

Maciej Czapkiewicz. Magnetic domain imaging

Katarzyna Samsel Narodowe Centrum Badań i Rozwoju

PROCEEDINGS OF THE INSTITUTE OF VEHICLES 2(106)/2016 (12 pt)

DODATKOWE ĆWICZENIA EGZAMINACYJNE

PORTS AS LOGISTICS CENTERS FOR CONSTRUCTION AND OPERATION OF THE OFFSHORE WIND FARMS - CASE OF SASSNITZ

BADANIA NAD TECHNOLOGIĄ OTRZYMYWANIA CIENKICH WARSTW EMITERA METODĄ ROZPYLANIA MAGNETRONOWEGO DLA ZASTOSOWAŃ W OGNIWACH CIGS

Dotyczy: Certyfikat dla Blatów kuchennych z powłoką antybakteryjną.

ELEKTROCHEMICZNIE OTRZYMYWANE NANOSTRUKTURY ZŁOTA JAKO PODŁOŻA DLA ENZYMÓW

Investigation of the coexistence of superconductivity and magnetism in substituted EuFe 2 As 2. Lan Maria Tran

Zastosowanie spektroskopii EPR do badania wolnych rodników generowanych termicznie w drotawerynie

Wykaz linii kolejowych, które są wyposażone w urzadzenia systemu ETCS

NOWOCZESNE TECHNIKI BADAWCZE W INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ. Beata Grabowska, pok. 84A, Ip

Instytut W5/I-7 Zestawienie Kart przedmiotów Wrocław,

Autoreferat. dr Maciej Urbaniak

ELEKTRONIKA NADPRZEWODNIKOWA

Dry Film Thickness - Digital

Maciej Czapkiewicz Katedra Elektroniki, WIEiT, AGH

HOW BIOECONOMY SERVES NATIONAL ECONOMY?

Lista wykładów zaproszonych na konferencjach krajowych i międzynarodowych

BARIERA ANTYKONDENSACYJNA

OPISY KURSÓW. Kod kursu: ETD 9265 Nazwa kursu: Metody diagnostyczne Język wykładowy: polski

Dr inż. Paulina Indyka

OpenPoland.net API Documentation

Pracownia komputerowa. Dariusz Wardecki, wykład I

Przewody elektroenergetyczne z izolacją XLPE

THE ADMISSION APPLICATION TO PRIVATE PRIMARY SCHOOL. PART I. Personal information about a child and his/her parents (guardians) Child s name...

Elementy pomiaru AFM

Wprowadzenie do cytometrii przepływowej: co i jak mierzy cytometr

Nazwa projektu: Kreatywni i innowacyjni uczniowie konkurencyjni na rynku pracy

Spis publikacji. dr hab. Agata Zdyb telefon:

OTRZYMYWANIE WARSTW SiCN METODĄ RF SPUTTERINGU

Przewody do linii napowietrznych Przewody z drutów okrągłych skręconych współosiowo

Końcowe Sprawozdanie z Realizacji Projektu Krajowe Centrum Nanostruktur Magnetycznych do Zastosowań w Elektronice Spinowej - SPINLAB

Spotkanie Polskiej Sieci Fizyki i Technologii Akceleratorów Liniowych Wysokich Energii

Network Services for Spatial Data in European Geo-Portals and their Compliance with ISO and OGC Standards

Wykaz linii kolejowych, które są wyposażone w urządzenia systemu ETCS

PROBLEMY EKSPLOATACJI 77

SubVersion. Piotr Mikulski. SubVersion. P. Mikulski. Co to jest subversion? Zalety SubVersion. Wady SubVersion. Inne różnice SubVersion i CVS

Publikacje naukowe Marek Kubica Marek Kubica Marek Kubica Marek Kubica Marek Kubica Marek Kubica Marek Kubica Kubica Marek Marek Kubica Marek Kubica

MoA-Net: Self-supervised Motion Segmentation. Pia Bideau, Rakesh R Menon, Erik Learned-Miller

Spintronika i jej zastosowania pomiarowe w konstrukcji czujników

Rodzaj obliczeń. Data Nazwa klienta Ref. Napędy z pasami klinowymi normalnoprofilowymi i wąskoprofilowymi 4/16/ :53:55 PM

Ekspansja plazmy i wpływ atmosfery reaktywnej na osadzanie cienkich warstw hydroksyapatytu. Marcin Jedyński

Exposure assessment of mercury emissions

Rodzaje mikroskopów ze skanującą sondą (SPM, Scanning Probe Microscopy)

Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej Polska Akademia Nauk

Międzynarodowa aktywność naukowa młodej kadry Wydziału Metali Nieżelaznych AGH na przykładzie współpracy z McMaster University w Kanadzie

Transkrypt:

GMR multilayer system and its investigation Konstanty Marszalek AGH University of Science &Technology

Outline Motivation GMR Objectives engineering of Co/Cu multilayers structure with the use of surfactants Processes during film growth Application of surfactants to modify multilayers structure Conclusions

molecule <1nm protein Nanotechnology bacterias erythrocytes ~5 μm leukocyte Investigation DNA 1 μm and application of structures 100 nm (1 nm nanometer = 1 nm = 10-9 m) scale 10-10 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 Transistor SOI width 0.12μm semiconducting nanocristal ~1 nm Nanotubes transistor IBM PowerPC 750 TM Mikroprocesor 7.56mm 8.799mm 6.35 10 6 transistors Integrated circuit Cu traps width. 0.1μm

Nanoworld Microworld

Random Access Method of Accounting and Control (RAMAC) 4 MB 50x24 plates 1200 rpm 100 ms access Tubes not transistors First computer disk drive built by IBM in 1956 as part of RAMAC. On the right side of the image, some of the 50 platters are seen. In the center of the image is a pneumatically controlled access mechanism.

10 years latter 1.6 meters

Magnetic read / write processes

1957 Semiconductor heterostructures : GaSb, InAs Z. I. ALFEROV H. KROEMER J. S. KILBY Applications: semiconducting lasers photodetectors, solar cells Integrated semiconducting optics chips 1987 Discover of the antiferromagnetic coupling In metallic heterostructures: FeCr, CoCu leading to giant magnetoresistivity M.N.Beibich et al PRL 61,2472,(1988) 2000 Nobel Applications: Magnetoresisting sensors of current, position, rotation read heads in hard disc storage MRAM

Interlayer antiferromagnetic coupling Source spin dependent scattering Giant magnetoresistance Giant magnetoresistance effect ΔMR=(MR-MR S )/MR S

Diffusion processes during thin film growth Claster degradation Cluster diffusion Diffusion along the edge Diffusion trough the edge Deposition Adsorption to the edge Surface diffusion Cluster creation

Ehrlich-Schwoebel Barier Ehrlich-Schwoebel barier: Does not permit adatoms to drop through edge Leads to 3D growth of the film

How to modify growth in the presence of Ehrlich-Schwoebel barrier? - to diminish barrier at the edge (ES barrier reduction) - to increase surface diffusion barrier (growth temperature) What surfactants make? Surfactants increase mass transport between layers by segregation to the surface change growth mode from 3D to 2D

Low angle x-ray reflectometry Information: thickness periodicity roughness (as a global parameter)

Structure of interface and surface of Co/Cu multilayers σ rms = 0.7 nm 100 nm σ rms = 0.85 nm 100 nm σ rms = 1.2 nm 100 nm

Surface and thin films laboratory Ultra-high vacuum setup for preparation of thin films and multilayers Chemical and structural analysis of surfaces Low Energy Electron Diffraction - LEED Auger Electron Spectroscopy - AES Atomic Force Microscopy - AFM Magnetic and magnetotransport properties Perturbed Angular Correlations spectr. - PAC Resistivity measurement in magnetic field with four point probe method Materials: metallic multilayers, thin films, nanostructures Preparation method: thermal evaporation from 4 sources with thickness control

Magneroresistance four probe method measurement +I -I - U + s 1 s 2 s 3 0 x1 x2 Substrate Podłoppp

Sample preparation 20 Si / x nm Pb / (Co / Cu) N X = 5, 10, 20, 30, 40 nm Vacuum conditions: 1 x 10-8 mbar 0.05 0.1 Ǻ/s

Multilayer system [Co/Cu] n Buffer layer: Ag, Cu, Pb (also Bi i In) The number of bilayer repetition Co/Cu n=5,10,20 Cu 2 nm Co 1 nm Buffer layer

...and how in case we use surfactants as a buffer layer Only buffer layer Multilayer system [Co/Cu] 20 Bi In Pb

What is the influence of the observed properties on the magnetoresistanc?

How the topografy of the surface is changing when we differ Pb film thickness?... 5 nm 20 nm 40 nm... and what when we increase repetition of Co/Cu bilayer d Pb = 5 nm N=5 N=10 N=20

How the magnetoresistance is changing?

Short resume: Application metals in the buffer layers well known as surfactans increases multilayer magnetoresistance but strongly modify growth Perturb its peridicity The use of surfactans transform multilayer systems in a granular alloy Where Pb is located?

How does the growth of the multilayer system look on 5 nm Pb film?

We start multilayer deposition from 1 nm Co......and next we deposit 2 nm Cu

Similar like in the case of thicker Pb buffer layer...(30 nm)

Summary: Application of metallic surfactants in a buffer layer Increases magnetoresistance of multilayer system but Strongly modifies its growth distroys its periodicity changes multilayer system in a granular alloy Lead always remains on the surface of the system.

What are the next topics : Atomic break junctions Qubits Perpendicular magnetic anisotropy devices Magnetic semiconductors MEMS etc. The End

AGH University of Science and Technology Electrical Engineering Faculty Electronics Department Thin Film Groups Electronics Groups Sensors Photovoltaic Fiber optics Digital Signal Processing Magnetic storage Microwave Vacuum equipments Electronic circuits

In-line 7 chamber sputtering system for large area deposition

Batch, tree chamber sputtering deposition system Control unit Vacuum Part

Thank you for your attention

Thank you for your attention

The structure of the Co/Cu multilayer with In surfactant X-ray reflectometry Intensity [a. u.] 10 12 10 10 10 8 10 6 10 4 10 2 10 0 ρ, t, σ (top) ρ, t, σ (X) ρ, t, σ (C) ρ, t, σ (B) ρ, t, σ (A) ρ, σ (S) W. protekcyjna Warstwa X Warstwa C Warstwa B Warstwa A Intensity (cps) 10 7 10 6 10 5 10 4 10 3 10 2 10 1 10 0 [CoCuIn] 20 [CoCu] 20 calc. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Glancing angle ( o 2θ) 1 2 Podłoże 3 4 5 2Θ z

Jak wygląda topografia powierzchni bez warstwy buforowej oraz na warstwie buforowej Ag i Cu... Only buffer layer Multilayer system [Co/Cu] 20 Without buffer layer Ag Cu

Growth 1 nm Co on Si

Growth 5 nm Cu on Si

Groth 1 nm Co on 5 nm Cu

Growth 2 nm Cu on the bilayer 5nm Cu/1 nm Co

Giant magnetoresistance Cienkie warstwy ferromagnetyczne (Co, NiFe) oddzielone cienkimi warstwami niemagnetyczny mi (Cu, Au) Spin valve multilayers Granular alloys Resistance depends on magnetic field R AP >> R P

Quality of interface critical Processes on surfaces during film growth

Jak zmodyfikować wzrost w obecności bariery Ehrlicha-Schoebela? zmniejszyć barierę na stopniu/krawędzi zwiększyć barierę dyfuzji powierzchniowej Przez zastosowanie surfaktantów modyfikują wzrost 3D do 2 D pozostają na powierzchni warstwy zwiększają transport masy pomiędzy warstwami Jak? klasycznie -przeskakując barierę - νexp(-e a /kt) nietradycyjnie -wbudowując się w powierzchnię, zakopując lub wypychając adatomy

Co wpływa na własności układów wielowarstwowych? Charakter międzywierzchni: topografia szorstkość mieszanie/ podczas wzrostu lub po utworzeniu międzywierzchni Konkurencja pomiędzy kinetyką a termodynamiką/ energie aktywacji kontra bariery energetyczne

Spektroskopia elektronów Augera

What is the multilayer structure?

Sensory magnetoporowe Czujniki położenia Biosensory

Przykład 1 modyfikacja struktury warstw zastosowanie surfaktanta Bariera Ehrlicha-Schwoebela Surfaktant E S Warstwa nanoszona E D E A miękkie metale duża objętość atomowa szybka dyfuzja powierzchniowa niska energia powierzchniowa surfaktant

Przykład 1 -Topografia powierzchni wielowarstw Co/Cu modyfikowanych surfaktantem rejestrowana Skaningowym Mikroskopem Sił Wiązka laserowa Sprężysty uchwyt sample bez In Pomiar siły pomiędzy uchwytem a próbką poprzez rejestrację odchylenia wiązki laserowej odbitej przez Układ wielowarstwowy [Co(1 nm)/cu(2 nm)] sprężynkę ( miękka sprężynka k = 0.01 do 10 20 N/m). z In

Przykład 1 - W jaki sposób ind modyfikuje strukturę układów wielowarstwowych Co/Cu? Spektroskopia elektronów Auger 0,0015 0,0010 25A Ni/75A Gd T = -140 0 C 0,0005 dn/de 0,0000-0,0005-0,0010 Gd 1nm Cu Ni Ni - 74,7% Gd - 18,6% O - 3% C - 3,7% 0,0015 0,0010 C 25A Ni/75A Gd 0.06 nm In T = +480 0 C dn/de 0,0005 0,0000-0,0005-0,0010 Ni - 12,7% Gd - 74,4% O - 8,5% C - 4,4% 2nm Cu 1nm Co 0 200 400 600 800 1000 1200 E (ev) Si(100)

Techniki obrazowania powierzchni - mikroskopia Porównanie: STM AFM atomowa zdolność + - rozdzielcza próbki przewodzące + + izolatory - + topografia powierzchni + +