To clarify the origin of the contrasting reversal behavior, numerous studies have been carried out under a variety of conditions. Macroscopic magnetic properties have been examined to explain the intrinsic origin of the contrasting reversal dynamics by a thermally activated relaxation process based on a micromagnetic description of the sample. On the other hand, local magnetic variation due to the structural irregularities have been studied as another possible origin of the contrasting reversal behavior, but all the previous investigations have not yet quantitatively showed the effect of local magnetic variation on magnetization reversal dynamics.
This work was motivated to clarify the effect of the local magnetic variation on magnetization reversal dynamics in ferromagnetic thin films. To investigate the effect of the local magnetic variation on the contrasting magnetization reversal behavior, Co/Pd multilayer films were investigated due to the fact that the reversal dynamics were reported to sensitively change from being dominated by wall motion to being nucleation dominated by increasing the number of repeats. Using a magneto-optical Kerr microscope system, we directly measured the local coercivity variation of the samples and also, determined the wall-motion speed V and the nucleation rate R, respectively, during the magnetization reversal. It was found that the local coercivity variation increases with increasing the repeats of the multilayer structure, whereas the reversal behavior changes from wall-motion dominated to nucleation dominated as evidenced by the decrement of the reversal ratio V/R with increasing the repeats. Interestingly, the correlation between the local coercivity variation and the reversal ratio, which may stand for different magnetization reversal patterns and structural irregularities of a film, respectively, could be well described by a Log-Log function.
본 연구에서는 차세대 광자기 기록재질로 각광을 받고 있는 Co/NM 계 초격자다층박막중 400nm 파장 이하의 영역에서 큰 Kerr 각을 보이고 큰 수직자기이방성을 가지며 Curie 온도는 광자기 기록장치로 적당한 250oC 정도를 가지고 또한, 1kOe 이상의 큰 coercivity를 가지는 Co/Pd 초격자다층박막을 Electron Beam Deposition 방법으로 Co와 Pd의 sublayer 두께는 고정시키고 박막의 초격자 층 수를 변화시켜가며 만든 후, Kerr 효과를 이용한 편광현미경으로 시료들의 자구 반전 운동을 관찰하였다. 이미 Kirby 등에 의해서 Co 두께가 증가함에 따라서는 시료내의 자기적 성질이 변함으로 인해 자구 반전 운동이 wall motion 형태에서 nucleation 형태로 변함이 규명된 바 있다. 반면 초격자 층 수가 증가함에 따라서 자구 반전 운동이 변하는 형태는 film 자체의 irregularity 정도의 증가 때문으로 알려지고 있는데 본 연구를 통해 자구 반전 운동과 film 자체의 irregularity 정도와의 정량적인 관계를 실험적으로 얻어 보고자 했다. 이를 위해 먼저 층 수 변화에 따른 자구 반전 운동의 형태를 관찰하였고 자구 반전 운동을 설명하는 이론인 Thermally Activated Model이 본 실험을 위해 만든 Co/Pd 시료의 자구 반전 운동에 잘 적용되는지를 보았으며 V( wall motion velocity )와 R( nucleation probability ), ( half reversal time ) 각각의 activation volume들이 서로 어떤 관계가 있는지를 구해 본 후, 층 수 증가에 따른 activation volume들의 변화를 보았다. 그리고 V/R 값이 자구 반전 운동의 형태를 구별해 주는 parameter임을 확인하였고 coercivity 값이 structure variation에 민감하다는 점을 이용, 시료 내의 국소 부분( local area ) coercivity standard deviation을 구해 봄으로써 층 수 변화에 따른 film 내의 irregularity 정도의 변화를 측정해 보았다. 마지막으로 측정한 결과를 통해 자구 반전 운동을 구별해 주는 parameter인 V/R 값과 film 내의 irregularity 정도를 나타내는 coercivity deviation 값과의 상관관계를 실험적으로 알아 내었다.
