SISTEMI “EXCHANGE –SPRING”   CNR-IMEM SISTEMI “EXCHANGE –SPRING” MICROMAGNETI SENSORI-ATTUATORI MAGNETOSTRITTIVI Luigi Pareti 4/3

Presentazione Unità U5 CNR - IMEM Responsabile: Luigi Pareti Ricercatori: Franca Albertini Fulvio Bolzoni Riccardo Cabassi Antonio Paoluzi Giancarlo Salviati Giuseppe Turilli Giovane ricercatrice: Francesca Casoli Assegnista: Raffaele Pellicelli

Attività T4 - film e multistrati Sistemi “exchange-spring” micromagneti sensori-attuatori magnetostrittivi  Attività U5: micromagneti unità base hard/soft da replicare nei multistrati Tecniche: crescita mediante sputtering caratterizzazione magnetica magnetometria (VSM, AGFM, SQUID), analisi termomagnetica, misure di magnetotrasporto

Attività svolta Ricerca bibliografica Modifiche sputtering riscaldamento substrato trattamenti termici fase hard scelta dei materiali Modifiche sputtering porta-substrati riscaldabile crescite a T elevata, trattamenti in situ (RT - 450° C) movimentazione substrato migliore controllo velocità di oscillazione, maggiore versatilità (A1-xBx/C), migliore riproducibilità

Multistrati con anisotropia magnetica perpendicolare influenza delle caratteristiche di crescita in multistrati Co/Au spessori degli strati, numero di ripetizioni, trattamenti termici, pressione di sputtering: Casoli et al., Scripta Mater. 48, 955 (2003) costante di anisotropia da magnetometria e microscopia a forza magnetica: Donzelli et al., J. Appl. Phys. 93, 9908 (2003)

Obiettivi Strati hard con anisotropia perpendicolare crescita su substrati riscaldati FePt (T  450° C): su Si(100) con ossido nativo crescita epitassiale su MgO(100) [K=4106 J/m3, 0HC=4 T in Shima et al., Appl. Phys. Lett. 81, 1050 (2002)] CoCrPt (T  200 °C): su Si e quarzo, underlayer opportuni [K=2 105 J/m3, 0HC=0.35 T in Shimatsu et al., J. Magn. Magn. Mater. 235, 273 (2002)] Bistrati “exchange-coupled” strato hard: FePt, CoCrPt strato soft: Fe, NiFe, Co

Anisotropia perpendicolare e accoppiamento tra strati in funzione di: spessori degli strati, caratteristiche di crescita, caratteristiche microstrutturali, tipo di materiali Verifica del diagramma di fase magnetica secondo il modello proposto da U1 Multistrati “exchange-coupled” da ottenere replicando i bistrati

Apparato di sputtering RF TARGET SUBSTRATO C B LOAD-LOCK A Pressione base Pressione di Ar Potenza Substrati (RT-450° C) Target 210-8 mbar 610-3 - 310-1 mbar 0 – 500 W Si(100) + ossido nativo, MgO(100) Co, Ni, Fe, Pt, Au, Ag, Cu, Al, Cr, Ni80Fe20, Co78Cr22

Tecniche sperimentali Magnetometria AGFM (gradiente alternato di campo) RT, sens.=10-7 emu, 0Hmax=2 T SQUID 2-800 K, sens.=10-8 emu, 0Hmax=5.5 T VSM 77 K – RT, sens.=10-4 emu, 0Hmax=2 T 3 K – RT, sens.=10-5 emu, 0Hmax=12 T Analisi termomagnetica suscettività AC RT – 1200 K, 0H=0 – 0.5 mT 1 emu=10-3 Am2

Misure di magnetotrasporto AC/DC tecnica van der Pauw, effetto Hall 3 K – RT, 0Hmax=12 T Dicroismo magnetico circolare di raggi X – XMCD elemental selectivity high sensitivity magnetic microscopy