Elektrodepozisyonla sentezlenen NiFe alaşım ve NiFeCu/Cu süerörgülerin yapısal, manyetik ve magnetotransport karakterizasyonu

Abstract

Bu çalışmada polikristal Cu alttabaka üzerine büyütülen NiCu/Cu ve NiFeCu/Cu ferromanyetik süperörgüler yanında tek katmanlı Ni-Fe alaşımların elektrodepoziyonu, yapısal, manyetotransport ve manyetik özellikleri araştırılmıştır. NiCu/Cu ve NiFeCu/Cu süperörgüler ferromanyetik ve ferromanyetik olmayan tabaka kalınlıkları ve çözeltideki Fe konsantrasyonuna bağlı olarak incelenmiştir. Bununla birlikte Ni-Fe alaşımlarda çözelti pH 'ı, depozisyon potansiyeli ve film kalınlığının etkisi araştırılmıştır. Çözelti içindeki metallerin indirgenme potansiyelleri döngüsel voltammetri tekniği ile tahmin edilmiştir. Filmlerin büyüme mekanizmaları akım-zaman geçişleri ile incelenmiştir. Enerji ayırmalı x-ışınları spektroskopisi ile yapılan elementel analiz sonuçları numunelerin Ni, Fe ve Cu içeriğinin depozisyon potansiyeli, çözelti pH 'ı ve tabaka kalınlıklarına bağlı olarak değiştiğini göstermektedir. Yapısal karakterizasyon x-ışınları difraksiyonu (XRD) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılarak analiz edilmiştir. XRD ölçümleri, hem tek katmanlı hem de çok katmanlı filmlerin yüzey merkezli kübik yapıya sahip olduğunu ortaya çıkarmıştır. Polikristal Cu alttabaka üzerine büyütülen NiCu/Cu ve NiFeCu/Cu süperörgüler, alttabakaları gibi (110) tercihli yönelimini göstermektedir. SEM ile alınan yüzey görüntüleri numunelerin, homojen ve düzgün yüzeylere sahip olduğu göstermektedir. NiCu/Cu ve NiFeCu/Cu çok katmanlı filmler genellikle devasa magnetorezistans (GMR) gösterirken, Ni-Fe tek katmanlı filmler, anizotropik magnetorezistans (AMR) etkiye sahiptir. Bununla birlikte, bazı çok katmanlı yapılar, tabaka kalınlığına bağlı olarak AMR etkiye sahiptirler. Özellikle Ni-Fe tek katmanlı filmlerde, çözelti pH'ı filmlerin magnetorezistansı üzerinde etkili olmaktadır. Çözelti pH 'ı arttıkça AMR değeri artmaktadır. Bu çalışmada ilk defa NiFeCu/Cu süperörgülerde GMR büyüklüğü % 10'dan daha fazla bulunmuştur. NiCu/Cu süperörgülerde ise GMR % 1.5 `tur. NiFeCu/Cu süperörgülerde Cu tabaka kalınlığı 1 nm oluncaya kadar GMR artmakta, bu kalınlığın üzerinde ise azalma eğilimi göstermektedir. NiFe tabaka kalınlığı 5 nm 'nin üzerine olduğunda AMR etki baskın olmaktadır. Titreşimli numune magnetometresi ile yapılan manyetik analizler manyetizasyonun filmlerin kompozisyonu ve tabaka kalınlıklarından etkilendiğini göstermektedir. İncelenen tüm filmlerde kolay eksenin film yüzeyine paralel olduğu bulunmuştur.

In this study, the electrodeposition and structural, magnetic and magnetotransport characterizations of NiCu/Cu and NiFeCu/Cu superlattices grown on polycrystalline Cu substrates were investigated. Also, single layer Ni-Fe alloys were studied. The properties of the NiCu/Cu and NiFeCu/Cu süperlattices were studied in terms of the ferromagnetic and nonmagnetic layer thicknesses and the Fe concentration in the electrolyte. In addition, in Ni-Fe alloys the effect of the electrolyte pH, the deposition potential and the film thickness were investigated. The reduction potentials of the metals in the electrolyte were estimated by the cyclic voltammetry technique. The growth mechanism of the films was examined with the current-time transients. Results of the elemental analysis studied with energy dispersive x-ray spectroscopy showed that the Ni, Fe and Cu content of the samples varied with the deposition potential, electrolyte pH and the layer thicknesses. The structural characterizations were studied using x-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) techniques. The XRD measurements revealed that both single layer and multilayered films have the face centered cubic structure. The NiCu/Cu and NiFeCu/Cu superlattices grown on polycrystalline Cu substrates preferred (110) crystal orientation as their substrates. SEM micrographs showed that samples have homogeneous and smooth surfaces. NiCu/Cu and NiFeCu/Cu multilayers generally had giant magnetoresistance (GMR) while Ni-Fe single layer films exhibited anisotropic magnetoresistance (AMR). However, some multilayers have AMR effect depending on the layer thickness. The electrolyte pH has an effect especially on the magnetoresistance of the Ni-Fe single layer films. The magnitude of AMR increases as the electrolyte pH increased. In this study, it is the first time that the magnitude of the GMR in NiFeCu/Cu supperlattices was found to be over %10. In the case of NiCu/Cu supperlattices the magnitude of GMR was %1.5 The magnitude of GMR in NiFeCu/Cu supperlattices increased to its maximum value at the Cu-layer thickness of 1 nm, then it tends to drop down while the thickness of Cu-layer increased. While NiFeCu-layer thickness is over 5 nm, the AMR effect was dominant effect in the superlattices. The magnetic properties studied with the vibrating sample magnetometer showed that the magnetizations of the samples are significantly affected by the film compositions and the layer thicknesses. It is found that the easy axis for all films is in the film plane.