Transferência de torque por corrente polarizada em spin através de pontas de contato

Abstract

A possibilidade de controlar a magnetização, a partir de uma corrente polarizada em spin, foi prevista por Slonkzewsky e Berger em 1996. Ao atravessar uma camada ferromagnética a corrente se torna polarizada em spin. Ao ser injetada em outra camada ferromagnética, a interação entre a corrente polarizada e os momentos magnéticos do material pode exercer um torque sob a magnetização local. Dependendo da densidade da corrente, de sua polarização e do campo magnético aplicado, o torque pode causar tanto a precessão, quanto a reorientação da magnetização. Experimentalmente este efeito pode ser observado em válvulas de spin através de medidas magnetorresistivas, onde uma alta densidade de corrente flui perpendicular ao plano da amostra. Neste trabalho investigou-se a produção e caracterização de válvulas de spin, a fim de estudar o fenômeno de transferência de torque via pontas de contato. Filmes de IrMn(10nm)/Co(15nm)/Cu(xCu nm)/Co(15nm), onde xCu = 2, 5, 8, 11 foram produzidos por sputtering sobre substratos de Si(100) na presença de campo magnético de 130 Oe paralelo ao plano da amostra. A espessura da camada de cobre foi variada, pois esta que define o tipo de acoplamento e a orientação relativa entre as duas camadas ferromagnéticas. Além disso, o IrMn foi utilizado para "prender" magneticamente a primeira camada ferromagnética de cobalto, que é responsável por polarizar a corrente que será injetada na segunda camada ferromagnética. Pontas de contato foram produzidas por eletropolimento e observadas por MEV, esta técnica apresentou boa reprodutibilidade e obtendo pontas com diâmetros médios de 400 nm. Difração e refletividade de raios-X foram aplicadas para caracterização estrutural, determinação das espessuras e rugosidade das camadas dos filmes. Medidas de MAV e magnetoresistência foram realizadas para a caracterização magnética dos filmes, onde foi observado magneto resistência gigante para xCu ? 8 nm. Para verificar o efeito de spin-torque foram realizadas medidas elétricas, utilizando as pontas de contato produzidas anteriormente. Foi possível observar uma variedade de efeitos correlacionados aos fenômenos de spin-torque e a outros fenômenos. A otimização do sistema de medidas elétricas foi buscado continuamente, na tentativa de minimizar os fatores que influenciavam negativamente e muito se conseguiu avançar também nesse aspecto.

The possibility of controlling the magnetization from a spin polarized current, was provided by Slonkzewsky and Berger in 1996. Passing a current through a ferromagnetic layer, this current becomes spin polarized. If this current is injected into another ferromagnetic layer, the interaction between this polarized current and the magnetic moments of the material can exert a torque on the magnetization location. Depending on the current density of its polarization and the applied magnetic field, the torque can induce the precession or reorientation of magnetization. Experimentally this can be observed in spin valves through magnetorresistivas measurements where a high density current, flows perpendicular to the plane of the sample. In this study we investigated the production and characterization of spin valves, with the aim of studying the phenomenon of transfer of torque through contact tips. Films IrMn (10nm) / Co (15nm) / Cu (xCu nm) / Co (15nm), where xCu = 2, 5, 8, 11, were produced by sputtering on Si (100) in the presence of magnetic field 130 Oe applied parallel to the plane of the sample. The thickness of copper layer was varied, as it is this which defines the type of coupling and relative orientation between the two ferromagnetic layers. In addition, the IrMn was used in order to "hold" the first ferromagnetic layer magnetically cobalt, which is responsible for polarizing the current that is injected into the second ferromagnetic layer. Contact tips were produced by electropolishing and observed by scanning electron microscopy. This technique showed good reproducibility and allowed to obtain tips with average diameters of 400 nm. Diffraction X-rays reflectivity measure are applied for structural characterization, determination of the thickness and roughness of the layers of the films. Measurements vibrating sample magnetometry and magnetoresistance, were performed for the characterization of magnetic films, which was observed giant magnetoresistance xCu = 8 nm. In order to verify the effect of spin-torque electrical measurements were performed using the tips previously produced. It was possible to observe a variety of effects related to spin-torque and other phenomena. The optimization of the electrical measurements was sought continuously in an attempt to improve the data quality and much has been achieved in this aspect.