“Production and magnetic characterization of exchange-coupled magnetic nanostructures”

La crescente richiesta di miniaturizzazione dei dispositivi magnetici ha innescato un crescente interesse nei confronti dello studio delle proprietà magnetiche di elementi confinati lateralmente su scala nanometrica; esempi importanti di queste tecnologie sono le testine di lettura per hard disk e le memorie RAM magnetiche non volatili, entrambi dispositivi che si basano su sistemi a valvola di spin. In questo ambito, questo lavoro di tesi riguarda la preparazione e lo studio delle proprietà dei singoli elettrodi di una valvola di spin, ossia di nanostrutture a bi-strato prodotte mediante “dc-magnetron sputtering”. I campioni preparati consistono di due sottili strati magnetici di Ni80Fe20 (NiFe) e Ir25Mn75 (IrMn), che rappresentano rispettivamente una fase ferromagnetica (FM) ed una antiferromagnetica (AFM), accoppiate alla loro comune interfaccia per interazione di scambio. I bi-strati sono stati studiati sotto forma sia di film continuo che di matrici di nanodot. L'accoppiamento di scambio tra le due fasi implica la comparsa di una caratteristica anisotropia di tipo unidirezionale con verso preferenziale, che si manifesta attraverso il cosiddetto effetto del campo di scambio (EB), ovvero una traslazione orizzontale del ciclo di isteresi, solitamenta accompagnata da un aumento di coercitività del ciclo stesso. L'effetto di EB è stato studiato in bi-strati continui IrMn/NiFe in funzione dello spessore dello strato di IrMn, al variare dell'ordine degli strati, e della temperatura. Un protocollo di misura originale è stato sviluppato per studiare ulteriormente il comportamento magneto termico della fase AFM, rendendo possibile la rilevazione della distribuzione delle barriere energetiche di anisotropia di tale fase. Le nostre osservazioni sperimentali insieme ai risultati ottenuti attraverso analisi di tipo strutturale, ci hanno permesso di proporre una precisa descrizione del meccanismo secondo cui i momenti magnetici (spin) della fase AFM all'interfaccia contribuiscono a determinare l'effetto di EB. Tale meccanismo fonda le sue basi nella descrizione dello strato AFM come costituito sia di nanograni che di una componente magnetica disordinata all'interfaccia. Diverse matrici di dot a bi-strato di forma quadrata e circolare, e taglia variabile da 1 μm fino a 140 nm, sono state realizzate e caratterizzate magneticamente per studiare l'influenza del confinamento spaziale sull'efffetto di EB. In questo caso, i risultati ottenuti ci hanno convinto a suggerire come, per comprendere il comportamento magneto termico dei sistemi accoppiati per interazione di scambio di taglia nanometrica, alla luce del modello proposto, sia necessario prendere in considerazione quale relazione sussista tra la taglia della nanostuttura ed una una caratteristica lunghezza di correlazione magnetica degli spin all'interfaccia.