Ett team av forskare från Immanuel Kant Baltic Federal University, tillsammans med sina kollegor från Ryssland, Japan, och Australien, har studerat påverkan av inhomogena magnetfält som appliceras under tillverkningsprocessen av tunnfilmsstrukturer gjorda av nickel-järn och iridium-manganlegeringar. Dessa system kan användas i olika typer av magnetfältssensorer. Resultaten publiceras i Journal of Magnetism and Magnetic Materials .

Magnetiska material delas in i flera typer beroende på deras reaktion på ett externt magnetfält. Till exempel, diamagnetiska material blir magnetiserade i motsatt riktning mot det yttre fältet, medan paramagnetiska får det magnetiska momentet med samma riktning som fältets. Ytterligare två klasser av magnetiska material - ferromagnetiska och antiferromagnetiska - är olika, eftersom de kan bevara magnetiska egenskaper även i frånvaro av ett yttre fält. Ferromagnetiska material har ett kvarvarande magnetiskt moment och kan användas som permanentmagneter, medan det magnetiska momentet för antiferromagnetiska material är lika med noll i frånvaro av ett magnetfält på grund av magnetiska moment av subgitter som har motsatta riktningar och upphäver varandra.

Ett typiskt fenomen för de ferromagnetiska materialen är en magnetisk hysteres, dvs. en förändring i den inre magnetiska fältstyrkan hos en ferromagnet vid ökning eller minskning av en extern magnetfältstyrka. En hysteresloop av ett ferromagnetiskt material är vanligtvis symmetrisk över ursprungspunkten. Dock, för material som består av två tunna lager (ett anti- och ett ferromagnetiskt) kan hysteresloopen flyttas över utgångspunkten. Detta fenomen kallas utbytesbias, och orsakas av utbyteskoppling mellan ett ferromagnetiskt material och ett antiferromagnetiskt material.

IKBFU-fysiker studerade hur det inhomogena magnetfältet, appliceras vid tillverkning av tunna filmer gjorda av nickeljärn (NiFe) och iridium-mangan (IrMn), påverka dess egenskaper.. Proverna av tunna filmer gjordes med magnetronförstoftningsmetoden. I denna teknik, ett mål (en bit av en metall som bör sputteras) bombarderas av de inerta atomerna (t.ex. atomer av en ädelgas).

"Vi har visat att närvaron av ett inhomogent magnetfält under tillverkningsprocessen av tunnfilmsutbyteskopplade strukturer förändrar deras magnetiseringsomkastningsmekanism. Om homogena magnetfält används i denna process, det leder till det klassiska skiftet av hysteresloopen. Förändringar i det magnetiska fältets homogenitet påverkar både värdet på slingskiftningen och formen på slingan i NiFe/IrMn-filmstrukturen. Vi visade att en stegvis hysteresloop kan erhållas för provet som skapades i området med den högsta gradienten av magnetfältet. De regelbundenheter vi upptäckte kommer att bidra till att öka känsligheten hos magnetfältsdetektorer, " säger Valeria Rodionova, en medförfattare till verket, kandidat för fysikalisk-matematiska vetenskaper, och chefen för Laboratoriet för nya magnetiska material vid IKBFU.