Estudio del espesor crítico para la formación de dominios magnéticos tipo stripe en películas delgadas de FePt

Abstract

La presente tesis tiene como objetivo princiapl la determinación del espesor crítico para la formación de dominios magnéticos tipo stripe (banda o tira) en películas delgadas de FePt; así como también, una mejor comprensión del proceso de formación de este tipo de dominio, particularmente su comportamiento con el incremento del espesor de la película. Las películas ferromagnéticas de FePt fueron fabricadas mediante técnicas de deposición en alto vacío (magnetrón sputtering DC), depositadas a temperatura ambiente sobre sustratos de silicio (100) con una capa de oxido natural, a partir de un blanco sólido de FePt. Los espesores de las películas se eligieron según la presencia o no de stripes; estudios previos muestran que el espesor crítico para la formación de dominios magnéticos tipo stripe es ≈ 30 nm. Por tal razón, se eligieron 8 espesores en el rango de 9 a 94 nm, con especial interés en torno al espesor crítico. El análisis del patrón de difracción de rayos X muestra que las películas crecen texturadas en la dirección [111], el cual es un eje fácil magneto-cristalino. En películas depositadas a 250 °C se observó un corrimiento en el pico (111) hacia ángulos mayores, indicando que las películas crecidas a temperatura ambiente se encuentran sometidas a tensiones de compresión en el plano de la película. Estas tensiones favorecen que la magnetización presente una componente fuera de dicho plano. Las medidas magnéticas DC muestran que las películas con espesores en el rango de 9 a 28 nm tienen una anisotropía magnética de plano fácil; presentando, además, un eje de anisotropía uniaxial dentro del plano de la película, posiblemente inducido por tensiones no uniformes en el plano generadas durante el proceso de fabricacion de las películas. Las películas más gruesas (35 nm≤ t ≤ 94 nm) presentan una estructura de dominios tipo stripe, donde la magnetización presenta una componente normal al plano de la película que se alterna hacia arriba y hacia abajo en stripes contiguos. En las películas que exhiben dominios tipo stripe (35 nm≤ t) se observó el fenómeno denominado anisotropía rotacional, el cual fue estudiado cualitativamente mediante microscopía de fuerza magnética y cuantitativamente mediante medidas magnéticas DC, encontrando un aumento en el campo de rotación a medida que se incrementa el espesor de la película. Las medidas de remanencia magnética, magnetización remanente desmagnetizante y magnetización remanente isotérmica, muestran un cambio en el tipo de interacción dominante: del tipo intercambio para las más delgadas y del tipo dipolar para las más gruesas. También, se realizó un estudio del fenómeno de relajación magnética por activación térmica para todas las muestras, encontrando que las películas cuyo espesor es mayor o igual a 28 nm relajan siguiendo aproximadamente la ley de Arrhenius; mientras que, las más delgadas relajan con un comportamiento discontinuo. Los resultados obtenidos indican una fuerte correlación del comportamiento magnético de las películas de FePt con el espesor, observándose la competencia entre la anisotropía perpendicular, generada por la contribución de efectos magneto-cristalinos y magneto-elásticos, y la anisotropía de forma.