Exchange biased thin films, nanostructures and devices
- Reference number
- SR07-0016
- Start and end dates
- 080801-100630
- Amount granted
- 2 417 000 SEK
- Administrative organization
- KTH - Royal Institute of Technology
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
Magnetic nanodots with coupled ferromagnetic and antiferromagnetic layers will be investigated. By creating dots with multiple layers a deeper understanding of the exchange bias in such structures can be obtained. By looking at the magnetization reversal of these dots with respect to temperature, shape, density and material we gain an understanding of what happens to an exchange biased system when the lateral sizes of magnetic domains decrease. To study interactions the FORC method will be used. This enables us to look at the interaction between the dots as an ensemble. By combining many new magnetic characterization techniques with a state of the art manufacturing process we can gain new important insights to the nature of exchange bias and exchange coupling. Utilizing exchange bias, an analog memory cell with a stable yet rotatable magnetization can be realized. Analog memories can be used as trimming devices, and also as multiplier in neural networks and coders/decoders. Finally, the effect of exchange bias on hysteretic heating of magnetic thin films will be investigated. By having different dots switch at different bias, a magnetic field can circle trough one specific hysteresis loop, thus only heating only the specific area containing exchange bias that fits that loop.
Popular science description
I en första studie kommer kvanprickar av magnetiska material att tillverkas. Kvantprickarna formas med speciella tekniker till att vara väldefinierade former ca 100nm i diameter. De kan tex vara elliptiska eller rombiska. Genom attkombinera olika material i prickarna så kan man studera vad som sker när förutsättnignarna för magnetism förändras. De magnetiska egenskaperna beror på kvantprickarnas storlek och de olika processer som försigår i en magnetisk tunnfilm förhindras till stora delar. Detta gör att man kan se vilka faktrer som påverkar normala falla av magnetism. Genom att studera prickarnas magnetism och titta på hur den beror av olika faktorer, såsom temperatur, form på prickarna, material i prickarna,antalet prickar och avståndet mellan dem mm så kan man utröna hur de magnetiska frloppen sker i fall där flera material samverkar. Genom den kunskap som kommer fram genom en sån studie så kan man framställa helt nya intressanta fenomen. I ett specifikt fall så kan man designa en kvantprick som har en magnetisering som lätt går att rotera till en önskad vinkel. Denna vinkel kan då representera ett tal, antingen mellan 0 och 1 eller något annat. Om flera sådana bitar sätts ihop kan de användas till att multiplicera tal. En sådan multiplikator är en nödvändig komponent i ett såkallat neuralt nätverk. Ett neuralt nätverk är ett intelligent system som tar beslut beroende på det stimuli det blir utsatt för. Andra system använder också multiplikatorer, tex delar av vissa kommunikationssystem. Genom att utnyttja effekter som uppkommer när olika material kommer i kontakt med varandra kan man styra hur magnetiseringen i ett material reagerar på ett magnetiskt fält. Genom att kombinera detta med teknik för induktionsvärmning så kan man få fram ett system som värmer där man väljer. Även om systemet är litet. Det är viktigt att det material man använder sig av är tunnt, annars kommer en effekt som inte beror på hur materialen är ihopkopplade att dominera uppvärmningen och valfriheten går förlorad.