Magnetoresistive Properties of Discontinuous Thin-film Systems Based on Ni80Fe20 and SiOx (x ̳≈ 1)

Abstract

У роботі наведено результати експериментальних досліджень структури та магніторезистивних властивостей розривних мультишарів [Ni80Fe20(d)/SiOx(5)]5/Підкладка, x ̳~ 1. Використовувався метод пошарового електронно-променевого напарювання. для депонування зразків. Товщина магнітних шарів (d) змінювалася від 4 до 8 нм. Щоб дослідити вплив температури відпалу на магніторезистивні властивості, зразки відпалювали при ступінчастому зростанні температур у діапазоні Tвід. = 300–700 K. Показано, що для всіх наплавлених і відпалених при 400 К зразків спостерігається анізотропний характер магнітоопору (позитивний поздовжній і негативний поперечний) зразків, характерний для одношарових структурнонеперервних плівок сплаву Ni80Fe20. Знайомі всім польові залежності (ΔR/R0)(B) анізотропного характеру – це різка зміна магнітоопору в діапазоні полів – 10 – + 10 мТл і тенденція до насичення в більш важливих полях. Встановлено, що відпал зразків при температурі 500 К з d = 4 – 5 нм призводить до переходу до ізотропного магнітоопору. Це пов’язано зі збільшенням розміру гранул пермалою до 10 нм і утворенням між ними каналів ізолятора шириною 1 – 2 нм. Максимальні значення ізотропного магнітоопору при кімнатній температурі становлять близько 0,1 %. Після відпалу при температурі 600 К спостерігається повторна поява анізотропного магнітоопору в структурах з d = 4 нм. Причиною такого переходу є руйнування структурної безперервності шарів ізолятора і, як наслідок, утворення металевого кластера по всій структурі. Показано, що підвищення температури відпалу до 700 К не викликає зміни характеру магнітоопору, а призводить лише до зростання його величини.

The paper presents the results of experimental studies of the structure and magnetoresistive properties of discontinuous multilayers [Ni80Fe20(d)/SiOx(5)]5/Substrate, x ̳~ 1. The method of layer-by-layer electron-beam evaporation was used for the deposition of samples. The thickness of the magnetic layers (d) varied from 4 to 8 nm. To investigate the annealing temperature effect on magnetoresistive properties, samples were annealed at step-increasing temperatures within the Tann = 300 – 700 K range. It was demonstrated that an anisotropic character of magnetoresistance (positive longitudinal and negative transverse magnetoresistance) is observed for all as-deposited and annealed at 400 K samples, which are typical for single-layer structurally continuous films of the Ni80Fe20 alloy. Familiar to all field dependences (ΔR/R0)(B) with an anisotropic character is a sharp change in magnetoresistance in the field range of – 10 – + 10 mT and a tendency to saturate in more vital fields. It was found that annealing the samples at a temperature of 500 K with d = 4 – 5 nm leads to the transition to isotropic magnetoresistance. This is due to an increase in the size of permalloy granules to 10 nm and the formation of insulator channels with a width of 1 – 2 nm between them. The maximum values of isotropic magnetoresistance at room temperature are about 0.1 %. After annealing at a temperature of 600 K, the reappearance of anisotropic magnetoresistance in structures with d = 4 nm is observed. The reason for this transition is the destruction of the structural continuity of the insulator layers and, as a result, the formation of a metal cluster throughout the structure. It is shown that an increase in the annealing temperature to 700 K does not cause a change in the nature of the magnetoresistance but only leads to a rise in its value.