介面磁光效应在多层超薄膜系统表面的先进应用Advance application.PDF

介面磁光效應在多層超薄膜系統表面的先進應用 ▉ 介面磁光效應在多層超薄膜系統表面的 先進應用 Advance application of interface magneto- optic effect on ultrathin multilayered films 蘇炯武 Chiung-Wu Su 國立嘉義大學電子物理系 Department of Electrophysics, National Chiayi University E-mail: cwsu@mail.ncyu.edu.tw (Received April 28, 2014; Accepted May 02, 2014 ) 摘要 近期筆者在超薄膜磁光量測領域之研究中發現，不論是表面磁光科爾效應或是表面磁光 法拉第效應 ，對於超薄膜表面或位於內層之超薄膜介面系統上都具有極佳的探測靈敏度，這 也是為何磁光效應技術可以廣泛應用於探測磁性表面系統的主要原因 ，近期更在二維超薄膜 磁性樣品進行不同角度的法拉第效應觀測中發現有趣的週期性磁光訊號震盪現象 ，推究其原 因為磁性超薄膜成長於具有單光學異向軸的光學透明晶體而產生 ，經由不同入射光的觀測下 磁與光兩種行為引致分別不同的反應 ，而分屬相依於超薄磁膜之厚度以及光學基板之厚度， 由於磁光效應需要經由基礎光學原理進行反射或透射以取得反應後之訊號 ，因此針對不同量 測技術以及角度之全面掃描下預期能擷取到光與材料於交互耦合路徑內的所有資訊 。我們借 重此想法 ，預期在調整不同入射角度進行磁光科爾效應時，利用光的穿透性，能夠進一步應 用此實驗方法於探討磁性超薄膜內部介面之先進量測技術 ，文中所舉之待測樣品為近期熱門 (Ta/CoFeB/MgO) CoFeB/MgO 的垂直自旋閥其中的上結構 進行系列研究 ，從對照 系列樣品 Ta Ta 上層表面於製程時覆蓋不同奈米厚度的 時發現 ，確立了此上層 之覆蓋也可能同時影響 隔了一層鐵磁膜底下 MgO 光學膜的結構 ，從完成退火前後之實驗對照，發現了不同光入射 角的磁光探測技術展現了鑑別多層超薄膜介面結構變化的功能 ，也同時驗證了筆者之想法， 的確在探討磁性超薄膜結構時必須將鄰近基板或介面間接影響的光學效應一併納入考慮 ，因 為上層 Ta 層之覆蓋以及退火後所引致晶格應力間匹配的程度可能影響了 CoFeB 鄰近光學膜 MgO(001) 結晶結構之形成，而此結構之光學性可以從角度的週期性震盪函數來判定晶軸可能 受到影響 ，這震盪函數所對應之主角來自於光學基板或是鄰近光學層的厚度，並不是針對鐵 磁膜厚度 ，若此光學層具有單軸結構異向性的話，會引致雙折射現象的產生，讓光學函數中 屬於此部份的週期性震盪行為產生 ，而因為此光學波動性之幅度改變會讓多角度下所觀察的 真空科技　27 卷•第 2 期 (5) 新知介紹 磁光效應發生連帶性的變化，這也就是為何會觀察到磁滯曲線反轉的有趣物理現象，甚至在 特定的角度磁光訊號會完全消失 。藉由本實驗提昇量測精密程度後，許多單從特定方向所決 定的單軸磁異向性變成不是絕對 ，而可能有多軸異向性的可能。經由分析研究，所得到磁光 旋轉角 ，似乎與磁性質的單一性相違背，然而本磁光效應在超薄膜介面中的發現可以進一步 應用於磁性顯微影像之對比度，讓日後磁性顯微技術之發展能夠進一步提昇空間解析度。 關鍵詞 ：磁光效應、