Exchange coupling peculiarities in ultrathin Fe/Cu/Tb film structures on Si substrates

Abstract

Exchange coupling in ultrathin Fe(8 A)/[Cu/Tb (12 A) film structure has been studied. The film samples were prepared on Si substrates by electron-beam evaporation in an ultrahigh vacuum system having a background pressure of =10⁻⁹ Torr. To suppress formation of Fe-silicide on Si/Fe interface, a buffer Cu layer (10 A) was preliminary deposited onto Si substrate. To characterize the film, ferromagnetic resonance (FMR) and a knowhow based on the Hall-like effect in zero external magnetic field were used. It has been shown that when Cu spacer thickness is increased, a periodical change of Fe film resonance field occurs. Application of FMR allowed to conclude directly the sign of exchange coupling between Fe and Tb layers or, in other words, the mutual orientation of their magnetizations. These results were also confirmed by new technique based on Hall-like effect. The period of oscillations obtained has been measured to be of about 2.65 Cu monolayers and is in good agreement with the value of 2.6 monolayers for the Cu(001) Fermi surface.

Исследовано обменное взаимодействие в ультратонкой пленочной системе Fe(8 A)/[Cu/Tb(12 A). Пленочные образцы получали методом электронно-лучевого напыления на кремниевую подложку в сверхвысоковакуумной системе с давлением остаточных газов =10⁻⁹ тор. Для предотвращения образования на поверхности раздела Si/Fe силицида железа использовали буферный слой Cu толщиной 10 A, предварительно нанесенный на кремниевую подложку. Для характеризации пленочных структур использовали ферромагнитный резонанс (ФМР), а также ноу-хау на основе Холл-подобного эффекта в нулевом внешнем магнитном поле. Показано, что с изменением толщины прослойки меди происходит периодическое изменение резонансного поля железа. Использование ФМР позволило напрямую судить о знаке обменного взаимодействия между слоями железа и тербия, или другими словами, о взаимной ориентации их намагниченностей. Эти результаты также подтверждены методикой на основе Холл-подобного эффекта. Период полученных осцилляций обменного взаимодействия составил =2.65 монослоев меди и находится в хорошем соответствии с периодом 2.6 монослоуи для поверхности Ферми Cu(001).

Досліджєно о6мінну взаємодію в ультратонкій плівковій систємі Fe(8 A)/xCu/ Tb(12 A). Плівкові зразки отримували методом електронно-променевого напилювання на кремнієву підкладку в надвисоковакуумній системі із тиском остаточних газів =10⁻⁹ тор. Для запобігання утворенню на поверхні поділу Si/Fe силіциду заліза використовували буферний шар Cu товщиною 10 A, який попередньо наносили на кремнієву підкладку. Для характеризації плівкових структур використовували феромагнітний резонанс (ФМР), а також ноу-хау на основі Холло-подібного ефекту в нульовому зовнішньому магнітному полі. Показано, що із зміною товщини прошарку міді відбувається періодична зміна резонансного поля заліза. Використання ФМР дозволило судити про знак обмінної взаємодії між шарами заліза та тербію, або іншими словами, про взаємну орієнтацію їх намагніченостей. Ці результати також підтверджено методикою на основі Холло-подібного ефекту. Отримане значення періоду осциляцій обмінної взаємодії складає ~2.65 моношарів міді і добре узгоджується з періодом 2.6 моношарів для поверхні Фермі Cu(001).