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

1. 4/3 CNR-IMEM SISTEMI “EXCHANGE –SPRING” MICROMAGNETI SENSORI-ATTUATORI MAGNETOSTRITTIVI Luigi Pareti

2. 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

3. 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

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

5. 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)

6. 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

7. 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

8. TARGET LOAD-LOCK A B SUBSTRATO C 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 Pressione base Pressione di Ar Potenza Substrati (RT-450° C) Target Apparato di sputtering RF

9. 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

10. 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