离子束辐照局部调控Pd/Co多层膜垂直磁各向异性的机制研究

【编辑推荐】本研究通过低能离子束辐照(LEIB)技术实现了Pd/Co多层膜垂直磁各向异性(PMA)的精准调控，结合X射线吸收近边结构(XANES)和光电子能谱证实了钴层氧化现象。创新性采用光刻技术构建500 nm宽磁畴结构，为自旋电子学器件开发提供了新思路，在磁存储(MRAM)和隧道磁阻(TMR)传感器领域具有重要应用价值。

　　

Highlight

通过不同探测深度的技术手段，我们证实了具有垂直磁各向异性(PMA)的溅射制备Pd/Co多层膜中存在钴的部分氧化现象，这可能是由于大气氧透过Pd覆盖层扩散所致。采用低能离子束(LEIB)轰击可在纳米尺度精确调控多层膜表层结构紊乱度，随着离子剂量增加，PMA呈现梯度降低特征。

Experimental

Pd/Co多层膜(ML)采用磁控溅射法在Si(001)基底上生长，样品结构为1.2 nm Pd/(0.6 nm Pd/0.3 nm Co)₂₀/2.4 nm Pd。所有样品均保持相同的21.6 nm总厚度，通过调节氩气压力可显著改变矫顽力场，压力升高时，室温磁滞回线显示PMA增强特征，Mr/Ms比值保持高位。

Growth and characterization

溅射生长过程中氩气压力对Co/Pd多层膜矫顽力具有显著影响。在不同氩压下制备的样品，其垂直磁场下的磁滞回线均呈现典型方形特征，表明强PMA存在。值得注意的是，随着氩压升高，矫顽场呈现单调递增趋势，这为工艺参数优化提供了明确指导。

Conclusions

我们通过多深度XANES和光电子能谱分析，首次证实PMA型Co/Pd多层膜中存在梯度分布的钴氧化现象。离子轰击诱导的结构紊乱可精准调控PMA强度：中等剂量导致磁各向异性方向均质化，高剂量则完全转为面内磁各向异性。结合光刻技术成功实现了500 nm尺度磁畴图案化，为新型自旋电子器件开发奠定了基础。