Tailoring coercivity of unbiased exchange-coupled ferromagnet/antiferromagnet bilayers

Sossmeier, Kelly Daiane; Schafer, Deise; Bastos, Arthur Paulo Ozelame; Schmidt, João Edgar; Geshev, J.

doi:10.1063/1.4731717

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“…The direct exchange interaction between the core and shell spins was prevented by the It is interesting that numerous research studies revealed the occurrence of (unconventional) EB. For example, unconventional EB with T N > T C has been observed in some systems such as core-shell nanoparticles and thin-film heterostructures [41][42][43][44]. In addition, EB was reported to occur in systems cooled from temperatures below T N [45].…”

Section: Magnetic Measurements Of the S1 And S2 Core-shell Nanoparticlesmentioning

confidence: 99%

Tailoring Interfacial Exchange Anisotropy in Hard–Soft Core-Shell Ferrite Nanoparticles for Magnetic Hyperthermia Applications

et al. 2022

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Magnetically hard–soft core-shell ferrite nanoparticles are synthesized using an organometallic decomposition method through seed-mediated growth. Two sets of core-shell nanoparticles (S1 and S2) with different shell (Fe3O4) thicknesses and similar core (CoFe2O4) sizes are obtained by varying the initial quantities of seed nanoparticles of size 6.0 ± 1.0 nm. The nanoparticles synthesized have average sizes of 9.5 ± 1.1 (S1) and 12.2 ± 1.7 (S2) nm with corresponding shell thicknesses of 3.5 and 6.1 nm. Magnetic properties are investigated under field-cooled and zero-field-cooled conditions at several temperatures and field cooling values. Magnetic heating efficiency for magnetic hyperthermia applications is investigated by measuring the specific absorption rate (SAR) in alternating magnetic fields at several field strengths and frequencies. The exchange bias is found to have a nonmonotonic and oscillatory relationship with temperature at all fields. SAR values of both core-shell samples are found to be considerably larger than that of the single-phase bare core particles. The effective anisotropy and SAR values are found to be larger in S2 than those in S1. However, the saturation magnetization displays the opposite behavior. These results are attributed to the occurrence of spin-glass regions at the core-shell interface of different amounts in the two samples. The novel outcome is that the interfacial exchange anisotropy of core-shell nanoparticles can be tailored to produce large effective magnetic anisotropy and thus large SAR values.

show abstract

Section: Magnetic Measurements Of the S1 And S2 Core-shell Nanoparticlesmentioning

confidence: 99%

Tailoring Interfacial Exchange Anisotropy in Hard–Soft Core-Shell Ferrite Nanoparticles for Magnetic Hyperthermia Applications

et al. 2022

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show abstract

“…In conventional EB systems with T C > T N , bias is obtained after either applying strong magnetic field during the samples' production or at temperatures lower than T N [29,30], or by post-annealing or ion bombardment [31][32][33][34] in the presence of magnetic field; even the remnant magnetization of the FM acquired prior cooling can lead to shifted magnetization curves [35]. Although certain post-deposition anneals or ion irradiations significantly enhanced H C , none of these treatments has been able to induce EB in our exchange-coupled IrMn/NiCu system [16].…”

Section: Methodsmentioning

confidence: 83%

“…Pieces of the as-made films have been subjected to 40 keV irradiation with He or Ge ions at different fluences. Details on the samples' deposition, their structural characterization and ion irradiation can be found in a previous work of ours [16]. In conventional EB systems with T C > T N , bias is obtained after either applying strong magnetic field during the samples' production or at temperatures lower than T N [29,30], or by post-annealing or ion bombardment [31][32][33][34] in the presence of magnetic field; even the remnant magnetization of the FM acquired prior cooling can lead to shifted magnetization curves [35].…”

Section: Methodsmentioning

confidence: 99%

“…Very recently, the variations of H C with magnetic annealing or ion irradiation of NiCu/IrMn bilayers characterized by T C < T N have been studied [16]. It has been found that, by choosing adequate ion fluence or annealing temperature, one can controllably vary, by more than one order of magnitude, the H C of this exchange-coupled, though unbiased, FM/AF system.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

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Magnetic interactions in exchange-coupled yet unbiased IrMn/NiCu bilayers

Cichelero¹,

Harres²,

Sossmeier³

et al. 2013

J. Phys.: Condens. Matter

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This paper reports experimental and model magnetization results obtained on exchange-coupled ferromagnet/antiferromagnet (FM/AF) bilayers that show zero net bias. The coercivity of the films, either irradiated with He or implanted with Ge ions at 40 keV, varies significantly with the fluence used. We employed the remanence plots technique in order to estimate the nature of the interactions present and check if there exists a correlation between their type and the coercivity variations. The analysis of the remanence plots through numerical simulations based on the Landau-Lifshitz-Gilbert equation demonstrated that outcomes of interactions within the FM layer could be distinguished from those coming from coupling at the FM/AF interface and that demagnetizing interaction effects could be achieved without the presence of dipolar interactions. Our findings indicate that such experiments could give selective information on modifications caused by a post-deposition treatment in each layer of the film.

show abstract

“…fase majoritariamente FM. O maior campo coercivo obtido em baixas temperaturas se dá por se tratar de uma amostra heterogênia, onde há uma distribuição de direções nas quais ocorrem o acoplamento entre as fases FM (metaestável) e AFM, resultando num incremento do campo coercivo[59,60], diferentemente de acoplamentos altamente orientados que resultam no fenômeno de exchange-bias[61,62].Analisando os valores de campo coercivo para as medidas feitas de maneira perpendicular ao plano do filme, estes aumentam com o incremento da temperatura, sendo observado este comportamento tanto para os nanofios de Ni como para as amostras S500 e S600tt, porém, quando o filme não está na presença de nanofios de Ni ocorre uma diminuição do campo coercivo, do mesmo modo que nas medidas paralelas ao plano do filme. O incremento do campo coercivo já foi relatado em nanofios de Ni, como apresentado nafig.…”

unclassified

Estudo da transição de fase magnetoestrutural de filmes de FeRh acoplados a nanofios de Ni

Pessotto¹,

Cornejo²

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A liga de FeRh apresenta uma transição de fase magneto-estrutural de primeira ordem próxima da temperatura ambiente, fazendo deste material um forte candidato para aplicações de gravação magnética termicamente assistida ou em refrigeradores magnéticos. Em baixas temperaturas o FeRh apresenta uma fase antiferromagnética enquanto em altas temperaturas apresenta uma fase ferromagnética. Cientes disto, neste trabalho foram analisados as transições de fase de filmes de FeRh, porém quando na presença de nanofios de Ni. Para isso foram fabricados filmes de FeRh, próximos da composição equiatômica, sobre uma matriz nanoporosa de Al 2 O 3 com nanofios de Ni. A matriz nanoposora foi produzida por um processo de anodização em dois passos, sendo preenchido os poros com Ni via eletrodeposição. O filme de FeRh foi crescido por deposição via magnetron sputtering, em duas temperaturas distintas, 525 e 600 o C. Um tratamento térmico in situ a 600 o C, por uma hora, foi feito no filme depositado na mesma temperatura. Curvas de magnetização em função de campo magnético aplicado, em temperaturas fixas, mostraram comportamentos característicos de filmes ou nanofios quando medidos nas direções preferenciais de cada componente, respectivamente, sugerindo um forte acoplamento via magnetoestrição entre os elementos. Foi analisada a dependência da transição de fase com relação a condições de magnetização dos nanofios de Ni, sendo observado clara dependência do comportamento da transição de fase com relação à estas condições. A transição de fase do FeRh é dada por nucleações e, posteriormente, por um deslocamento das paredes de domínio adjacentes a nucleação. Este comportamento é bem descrito pela somatória de duas distribuições gaussianas, sendo ajustadas na primeira derivada da magnetização em função da temperatura. Estes ajustes mostraram um claro comportamento da distribuição de nucleação com relação a magnetização remanente dos nanofios. Tal comportamento não tinha sido relatado até este momento. O filme depositado em 525 o C se mostrou mais suscetível a magnetização remanente dos nanofios do que o filme depositado em 600 o C. Posteriormente, medidas de transição de fase sob campo magnético intenso mostraram uma forte relação entre as temperaturas críticas de transição e a intensidade de campo aplicado, sendo deslocada a curva de transição para temperaturas mais baixas devido o incremento do campo. O filme depositado em 525 o C apresentou uma transição mais larga e uma menor magnetização em altas temperaturas do que o filme depositado em 600 o C.

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Tailoring coercivity of unbiased exchange-coupled ferromagnet/antiferromagnet bilayers

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Tailoring Interfacial Exchange Anisotropy in Hard–Soft Core-Shell Ferrite Nanoparticles for Magnetic Hyperthermia Applications

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Estudo da transição de fase magnetoestrutural de filmes de FeRh acoplados a nanofios de Ni

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