Ферромагнитный резонанс в наноструктурах с температурно-контролируемым межслойным взаимодействием

Abstract

Выполнен комплексный анализ магнитно-резонансных свойств многослойной структуры F₁/f(d)/F₂pin, где F₁ и F₂pin — свободный и обменно-закрепленный сильномагнитные слои, f — слабомагнитная прослойка с точкой Кюри в окрестности комнатной температуры. В зависимости от магнитного состояния спейсера f (ферромагнитное или парамагнитное) обменное взаимодействие между слоями F₁ и F₂pin становится функцией температуры, что открывает широкие возможности для практических применений. Полученные результаты показывают, что межслойная обменная связь может быть усилена или путем уменьшения толщины спейсера d, или путем понижения температуры. Усиление обменной связи приводит к более сильному проявлению однонаправленной анизотропии в ферромагнитном резонансе слоя F₁, а также к нетипичному для тонких пленок уширению резонансных линий. Обнаруженные особенности анализируются в контексте сравнения двух эффектов различной природы — влияния толщины спейсера d и температуры. Так, характер изменения однонаправленной анизотропии остается одинаковым при варьировании как толщины спейсера, так и температуры. Однако уширение линии магнитного резонанса оказывается более чувствительным к изменению межслойного взаимодействия, вызванному вариацией d, и менее чувствительным к изменениям, вызванным изменением температуры.

Виконано комплексний аналіз магнітно-резонансних властивостей багатошарової структури F₁/f(d)/F₂pin, де F₁ і F₂pin — вільний та обмінно-закріплений сильномагнітні шари, f — слабко магнітний прошарок з точкою Кюрі поблизу кімнатної температури. В залежності від магнітного стану спейсера f (феромагнітний чи парамагнітний) обмінна взаємодія між шарами F₁ і F₂pin стає функцією температури, що відкриває широкі можливості для практичних застосувань. Отримані результати показують, що міжшарова обмінна взаємодія може бути підсилена або шляхом зменшення товщини спейсера d, або шляхом зниження температури. Підсилення обмінного зв’язку призводить до сильнішого прояву однонаправленої анізотропії в феромагнітному резонансі шару F₁, а також до нетипового для тонких плівок уширення резонансних ліній. Виявлені особливості аналізуються в контексті порівняння двох ефектів різної природи — впливу товщини спейсера d і температури. Так, характер зміни магнітної анізотропії залишається однаковим при зміні як товщини спейсера, так і температури. Однак уширення лінії магнітного резонансу виявляється більш чутливим до зміни міжшарової взаємодії, спричиненої варіацією d, і менш чутливим до змін, спричинених зміною температури.

This study is a comprehensive analysis of a multilayer F₁/f( d)/F₂pin structure's magnetic resonance properties, wherein F₁ and F₂pin are the free and exchange-coupled strong magnetic layers, and f is the weakly magnetic layer with a Curie point in the room temperature region. Depending on the magnetic state of the spacer f (ferromagnetic or paramagnetic) the exchange interaction between the F₂ and F₂pin layers becomes a function of the temperature, which opens up opportunities for practical applications. The obtained results show that the interlayer exchange coupling can be enhanced by decreasing the thickness of the spacer d, or by lowering the temperature. Strengthening the exchange coupling leads to a stronger manifestation of unidirectional anisotropy in the ferromagnetic resonance layer F ₁, as well as to a broadening of the resonance line that is atypical for thin films. The observed features are analyzed in the context of comparing the effects of two different natures: the influence of the spacer d and the influence of the temperature. Thus, the behavior of changes to the unidirectional anisotropy remains the same given variation of both the thickness of the spacer and the temperature. However the broadening of the magnetic resonance line is more sensitive to changes in the interlayer interaction caused by variation of d, and is less susceptible to changes caused by temperature.