Influencia de la morfología y estructura cristalina en las propiedades magnéticas de películas delgadas de Co

Abstract

Para determinar la influencia de la morfología y la estructura cristalina en las propiedades magnéticas de películas delgadas de Co se llevó a cabo la presente tesis. Las diferentes características físicas de las muestras se consiguieron modificando las condiciones de fabricación de éstas. Se fabricaron películas delgadas de Co policristalino mediante una técnica de pulverización catódica que permite variar el tamaño del grano mediante el control de la velocidad de deposición. Los espesores de Co estudiados varían desde 10 a 170 nm. El tamaño del grano aumenta al aumentar el espesor depositado y como consecuencia la anisotropía evoluciona desde una anisotropía uniáxica en el plano muy bien definida para granos pequeños hasta un estado isótropo en el caso de granos más grandes. El aumento del tamaño del grano implica un aumento del campo coercitivo y de la intensidad del anclaje de las paredes de dominio, tal como se observa en las medidas de Susceptibilidad Transversal (ST). Este último parámetro determina el campo al cual tiene lugar la inversión de la imanación y es por tanto fundamental en la descripción de los materiales para memorias RAM. Por otra parte, se fabricaron películas delgadas de Co nanoestructurado en forma de islas. Este crecimiento se consiguió depositando Co sobre Si3N4 mediante pulverización catódica a 550 ºC. Las islas se depositaron con un recubrimiento de Pt (magnéticamente polarizable) o de Au (no polarizable) con el fin de estudiar el efecto de la interacción entre partículas. Tanto el tamaño medio de las islas (D) como la dispersión de la distribución de tamaños aumentan con el espesor nominal, debido a la unión de islas vecinas. Las medidas de ST ponen de manifiesto que las muestras son isótropas en el plano debido a un crecimiento del Co en fase hcp sin textura. Tanto el campo de anisotropía como el campo coercitivo aumentan con el tamaño medio de las islas siguiendo una ley D6, de acuerdo con las predicciones del modelo de anisotropía aleatoria para sistemas tridimensionales. El papel del recubrimiento se pone de manifiesto en el comportamiento magnético de las muestras, llegándose a observar comportamiento superparamagnético a temperatura ambiente en el caso de muestras recubiertas con Au, siendo ferromagnéticas sus homólogas recubiertas con Pt. Con el fin de estudiar la morfología, estructura cristalina y propiedades magnéticas de Co crecido epitaxialmente, se fabricaron tricapas de V/Co/MgO y Co/V/MgO. Se obtiene de esta manera Co(001) fcc sobre MgO y Co hcp sobre V. El Co hcp crece con el eje c en el plano, obteniéndose dos dominios, cada uno con el eje c a 90º del otro. En ambos casos las muestras presentan anisotropía biáxica en el plano, como es de esperar dada la estructura cristalina obtenida. En ambos casos, para un espesor de la capa de Co de 2 nm, el valor obtenido de la anisotropía a partir de medidas de ST, es mucho más pequeño que el correspondiente al Co en volumen. Para espesores de Co de 20 nm se obtiene sin embargo un valor de la constante de anisotropía próximo al del Co volúmico (en el caso de Co fcc) y las muestras de Co hcp no se pueden saturar a lo largo del eje difícil. Todo ello conduce a que en las etapas iniciales del crecimiento el Co crece de manera discontinua, de manera que la anisotropía magnética viene determinada por las tensiones y la anisotropía de forma. Al aumentar el espesor de Co, la anisotropía magnética está dominada por la anisotropía magnetocristalina del mismo. Además, las muestras de Co fcc con 2 nm de Co presentan una anisotropía uniáxica inducida que desaparece para espesores mayores, cuya aparición se asocia al sustrato, dato que redunda en la discontinuidad de la capa de Co en las primeras etapas de crecimiento. Es interesante el hecho de que una capa de V crecida sobre el Co fcc produce una disminución del campo coercitivo, es decir, el V favorece la inversión de la imanación. Los ciclos de histéresis a lo largo del eje difícil del Co hcp presentan una inesperada asimetría. El estudio de los ciclos de histéresis a campos altos y de los ciclos FC y ZFC a 5 K permite concluir que los procesos de imanación a lo largo del eje difícil tienen lugar mediante rotación de la imanación a campos elevados seguido de desplazamiento de paredes a campos más bajos. La asimetría desaparece cuando se alcanza la saturación.