Физика Низких Температур: Том 47, Выпуск 6 (Июнь 2021), c. 520-524    ( к оглавлению , назад )

Temperature and thickness dependent magnetostatic properties of [Fe/Py]/FeMn/Py multilayers

D.M. Polishchuk1,2, O. I. Nakonechna1,3, Ya. M. Lytvynenko1, V. Kuncser4, Yu. O. Savina5, V. O. Pashchenko5, A. F. Kravets1, A. I. Tovstolytkin1,3

V. Korenivski2

1Institute of Magnetism of the NAS of Ukraine and MES of Ukraine, Kyiv 03142, Ukraine
E-mail: atov@imag.kiev.ua

2Nanostructure Physics, Royal Institute of Technology, Stockholm 10691, Sweden

3Taras Shevchenko National University of Kyiv, Kyiv 01601, Ukraine

4National Institute of Materials Physics, Bucharest-Magurele 077125, Romania

5B. Verkin Institute for Low Temperature Physics and Engineering, of the National Academy of Sciences of Ukraine Kharkiv 61103, Ukraine

Received February 24, 2021, published online April 26, 2021

Abstract

The magnetic properties of thin-film multilayers [Fe/Py]/FeMn/Py are investigated as a function of temperature and thickness of the antiferromagnetic FeMn spacer using SQUID magnetometry. The observed behavior differs substantially for the structures with 6 nm and 15 nm FeMn spacers. While the 15 nm FeMn structure exhibits exchange pinning of both ferromagnetic layers in the entire measurement temperature interval from 5 to 300 K, the 6 nm FeMn structure becomes exchange de-pinned in the vicinity of room temperature. The de-pinned state is characterized by a single hysteresis loop centered at zero field and having enhanced magnetic coercivity. The observed properties are explained in terms of finite-size effects and possible ferromagnetic inter-layer coupling through the thin antiferromagnetic spacer.

Анотація

Методами SQUID магнітометрії досліджено магнітні властивості тонкоплівкових багатошарових композицій [Fe/Py]/FeMn/Py як функції температури та товщини антиферомагнітного прошарку FeMn. Структури із різною товщиною FeMn (6 нм та 15 нм) демонструють абсолютно різну поведінку. Матеріал, що містить антиферомагнітний прошарок FeMn товщиною 15 нм характеризується обмінним закріпленням обох феромагнітних шарів у всьому температурному інтервалі вимірювань (5–300 К). Водночас, для композиції FeMn з товщиною 6 нм ознаки обмінного закріплення зникають поблизу кімнатної температури, її поведінка характеризується єдиною петлею гістерезису, що зосереджена навколо нульового поля і має посилену магнітну коерцитивність. Спостережувані властивості пояснюються нанорозмірним ефектом та, можливо, феромагнітною міжшаровою взаємодією, що реалізується через тонкий антиферомагнітний прошарок.

Key words: antiferromagnet nanostructures, interlayer coupling, exchange bias, magnetic proximity effect, magnetic multilayer.