TEMATICA 4:
Preparazione e studio di Multistrati Magnetici, strutturati su
scala nanometrica
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Tematica 4
Preparazione e studio di multistrati magnetici, strutturati su scala nanometrica
Gli obiettivi sono:
1) ottenere sistemi magnetici compositi, in cui un materiale ad elevata magnetizzazione è
accoppiato magneticamente ad un materiale funzionale.
2) studiarne le caratteristiche microscopiche quali relazione fra struttura/morfologia e proprietà
magnetiche, meccanismi di coercitività, processi di magnetizzazione.
I sistemi “exchange coupled” hanno un notevole interesse applicativo poiché danno la
possibilità di sfruttare, in un unico dispositivo, caratteristche magnetiche complementari di
diversi materiali. Ad esempio, accoppiando magneticamente un materiale ad alta Ms con un
materiale magnetostrittivo, si amplifica l’effetto orientante del campo magnetico, ottenendo la
deformazione a valori bassi del campo applicato. Nel caso di exchange fra fasi soft e hard si
aumenta il prodotto massimo di energia rispetto a quello della sola fase hard.
L’attività è sviluppata negli “work pakages”:
- WP1 (Sensori, Microattuatori e Micromagneti), dove è prevista la realizzazione di
dimostratori come Micromagneti e microattuatori basati su multistrati “exchange coupled”
- WP4 (Diagnostica), dove è prevista la realizzazione di nuovi strumenti di misura e
metodologie di analisi.
Coerentemente con gli obiettivi esposti, sono state presentate relazioni riguardanti l’attività di
cinque unità operative:
Parma Università
Parma CNR
L’Aquila
Genova (sottounità di Genova e Modena)
Napoli
Attività
Parte dell’attività è direttamente finalizzata alla preparazione e studio di multistrati
intermetallici “exchange coupled”, parte alla preparazione e studio di bistrati exchange biased
(con accoppiamento fra strati ferro e antiferromagnetici), parte dedicata allo studio della
dipendenza delle proprietà magnetiche dalla struttura di film sottili. Sono state proposte
tecniche d’indagine molto interessanti come il dicroismo circolare magnetico, che permette di
studiare direzione e intensità dei momenti magnetici, selezionando una singola specie atomica.
Per quanto riguarda la diagnostica:
1) é stato illustrato il prototipo di un nuovo magnetometro “ATOM” (activated torsion
oscillating magnetometer). Lo strumento sfrutta il principio della risonanza meccanica di
una lamina vibrante, azionata dalla coppia agente su un campione generalmente in forma di
film sottile fissato ad una estremità della lamina. La coppia nasce per effetto di un campo
magnetico alternato applicato perpendicolarmente al piano del film ed al campo statico
magnetizzante. E' stato realizzato un primo prototipo nel quale la rivelazione dell'ampiezza
di spostamento della lamina è basata su una misura di capacità alternata.
2) è stata illustrata la messa a punto di una metodologia che permette di determinare il valore
della costante di anisotropia di un film o multistrato ad anisotropia perpendicolare, dalla
dimensione dei domini magnetici.
3) è stata presentato il progetto di un magnetostrittore interferometrico per la caratterizzazione
di film sottili.
Alcuni dettagli.
La preparazione di film e multistrati viene fatta utilizzando diverse tecniche. L’evaporazione in
UHV è usata da due Unità, sia per ottenere strati ultrasottili, studiati in situ, sia per preparare
bistrati e multistrati basati su composti intermetallici delle terre-rare e metalli 3d. Lo sputtering
RF è usato per le deposizione di strati hard/soft a base di metalli di transizione (3d-5d/3d).
Per la preparazione e lo studio di schiere di micromagneti (previste nell’ultimo anno di attività
del progetto) si dovrà utilizzare la tecnica del patterning. Le U.O. operanti nella tematica 4 non
dispongono di tecniche litografiche. Si prevede quindi una collaborazione con unità di altre
tematiche (T3) per la realizzazione di multistrati patterned.
Per la caratterizzazione magnetica sono disponibili numerose tecniche come magnetometri
(SQUID, VSM, AGFM, MOKE), suscettometri e analisi termomagnetica, XRMD, microscopio
a forza magnetica e spettroscopia Mossbauer. Per la caratterizzaione morfologico-strutturale
sono disponibili diverse metodologie di diffrazione (RX, XPS, GIXRD….). E’ stata evidenziata
una carenza nella disponibilità della microscopia in trasmissione, ad alta risoluzione.
L’intervento del Ricercatore del TASC, ha evidenziato le potenziali utilità della tecnica, ma
non ha chiarito le possibilità di utilizzo della struttura per le unità del FIRB.
E’ stato presentato un diagramma di fase magnetico, basato su un modello micromagnetico, che
definisce i vari tipi di exchange spring e li delimita in funzione dello spessore degli strati.
E’ emersa la necessità ottimizzare la preparazione di singoli strati hard con anisotropia
perpendicolare, e quindi di bistrati hard/soft exchange coupled, prima di procedere alla
costruzione di multistrati e di strutture patterned.
Il programma per il 2004 prevede quindi:
preparazione di strati hard SmCo (con evaporazione UHV) e FePt e CoCrPt con sputtering.
Relazione fra anisotropia-coercitività, spessori e trattamenti
Preparazione di bistrati hard/Fe; hard/Co; hard/permalloy. Comportamento exchange spring
in funzione degli spessori
Preparazione di bistrati exchange bias Ni/NiO, Co/CoO. Ottimizzazione delle condizioni di
bias.
Preparazione di strati ultrasottili di metalli 3d. Studio della correlazione fra struttura e
magnetismo
