Senkrechte magnetische Anisotropie in ultradünnen CoFeB-Schichten

Untersuchung der magnetischen Anisotropie in ultradünnen magnetischen Schichten

 
Ultradünne Filme (~ nm) wurden kürzlich in hochmoderne magnetische Tunnelkontakte integriert, um Spin-Transfer-Torque-gesteuerte magnetische Direktzugriffsspeicher (MRAM) zu realisieren. Diese Filme weisen aufgrund ihres hohen Oberflächen-Volumen-Verhältnisses und der induzierten magnetischen Anisotropie in Gegenwart benachbarter Schichten eine senkrechte Anisotropie auf. Im Gegensatz zu den üblichen Mehrfachschichten auf Basis seltener Erden (z. B. Co/Pt, Co/Pd) induzieren MgO und andere Oxide nachweislich senkrechte magnetische Anisotropie in dünnen Filmen. Das Verständnis und die Kontrolle solcher Filme sind entscheidend für ihre Nutzung in Spin-Transfer-gesteuerten Bauelementen. Komplementäre Techniken wie der außerordentliche Hall-Effekt, die Spin-Torque-Ferromagnetische Resonanz, die Standard-Ferromagnetische Resonanz sowie die Standard-Magnetometrie werden eingesetzt, um die magnetischen Eigenschaften sowohl ausgedehnter Filme als auch freistehender Nanosäulenstrukturen zu bestimmen. Wir haben Spin-Transfer-Drehmomente in Nanosäulen berechnet und gemessen, einschließlich verschiedener Grade senkrechter Anisotropie für die freie Schicht. Da bei der Strukturierung Formverzerrungen auftreten können, muss sowohl die In-Plane- als auch die Senkrecht-Anisotropie berücksichtigt werden. Die experimentellen und theoretischen Ergebnisse stimmen gut überein.

1. "Spin-transfer dynamics in MgO-based magnetic tunnel junctions with an out-of-plane magnetized free layer and an in-plane polarizer", E. Kowalska, V. Sluka, A. Kakay, J. Lindner, J. Fassbender, A. Deac, Phys. Rev. B 101, 024430 (2020).

2. "Tunnel magnetoresistance angular and bias dependence enabling tuneable wireless communication", E. Kowalska, A. Fukushima,V. Sluka, C. Fowley, A. Kakay, Y. Aleksandrov, J. Lindner, J. Fassbender, S. Yuasa, A. Deac, Scientific Reports  9, Article number: 9541 (2019).

3. "Zero-field dynamics stabilized by in-plane shape anisotropy in MgO-based spin-torque oscillators", E. Kowalska, A. Kakay, V. Sluka, C. Fowley, J. Lindner, J. Fassbender, A. Deac, J. Appl. Phys.125, 083902 (2019).