$L1_0$ FePt thin films have been subject to intensive studies in an effort to develop high density recording media. However, the magnetic domain structure of the FePt thin films, using Lorentz transmission electron microscopy(LTEM), has rarely been studied despite of its importance in controlling the media noise. Most of LTEM works were confined to soft magnetic thin films. This is partly because that it is usually difficult to interpret the complex LTEM image of a magnetic thin film media which is lack of information on the magnetization distribution. In this work, micromagnetics simulations were performed using the package, OOMMF(the Object Oriented MicroMagnetic Framework), to calculate the Fresnel contrast during the magnetization reversal process.
The main advantage of the $L1_0$ FePt granular film is its extremely high-anisotropy-field about 11T at fully ordered phase. However, this main advantage is also a crucial technical problem. Because there is no practical transducer can produce such a high field. To be utilized in recording applications, the $L1_0$ FePt films must be partially ordered, that is two phase structure. From the Fresnel Lorentz Contrast calculation study, the effects of 2-phase structure on micromagnetic structure were investigated to know both the type of magnetic structure and the size of magnetic domain(or cluster). The disordered particles in ordered system act as nucleation sites for reversed domain and produce induced reversed-ordered-domain at the phase-boundary by magnetostatic field. Therefore, the width of reversed domain was correlated with both the width of average soft particles and the number of soft phase. The results suggest that the cross-track magnetic cluster size can be controlled by optimizing the amount of disordered phase and the size of disordered phase.
The cross-track magnetic cluster size has been known as an important factor of the media noise. A new method was developed based on the cross-track magnetization correlation coefficient to calculate the magnetic cluster size. The cluster size from this method is more realistic than that of previous reports. This determination clearly assists to interpret Lorentz calculation image because it is extremely difficult to judge the domain wall contrast from experimental Fresnel Lorentz image in the high $K_u$ thin film. In this method, the relationship between magnetic cluster size and various parameters, such as $K_u$, A, $D_{grain}$, was discussed both in longitudinal media and in perpendicular media.
All these subjects and results are useful to understand intrinsic micromagnetic structure of FePt thin film, its Lorentz contrast and magnetization fluctuations with cross-track magnetic cluster size.
Experiments were carried to improve magnetic properties and texture of FePt film by inserting new underlayer and optimizing processing conditions. A new CrRu underlayer was used on the purpose of increasing in-plane coercivity. The coercivity ratio($H_{c∥} /H_{c⊥}$) of deposited FePt film shows high value 27.613 compare to that without underlayer, 2.447. The in-plane coercivity reached 6420 Oe with negligible perpendicular coercivity (232.5 Oe) with CrRu underlayer. To optimize the processing condition for perpendicular magnetic properties, influence of thickness, deposition rate and deposition temperature of FePt film on the coercivity were also studied. Experimental results show that FePt film produced at deposition rate of 1 nm/min. and thickness of 20 nm at 500 ℃ has the best coercivity. However, the coercivity of produced FePt film does not correspond to XRD results, which will be further studied.
고밀도 기록 매체를 개발하기 위한 노력은 자기기록매체용 자성박막에 집중되었다. 그렇지만 Lorentz transmission electron microscopy (LTEM)을 통한 자기기록매체용 자성박막의 자구조직의 연구는 media noise을 제어하기 위한 중요한 연구임에도 불구하고 거의 연구가 이루어지지 않았다. 대부분의 LTEM의 연구는 soft magnetic thin film에 국한되어왔다. 기록매체를 위한 자성박막의 LTEM image가 자기분포에 대한 정보의 부족함에 따라 때론 해석하기에 복잡하고 어려운 점이 어느 정도의 이유가 될 수 있다. 이에 본 연구에서는 OOMMF(the Object Oriented MicroMagnetic Framework)를 사용하여 자화반전 과정 동안의 Fresnel contrast를 계산하였다.
$L1_0$ FePt granular film의 가장 큰 장점은 완전히 정렬된 상태에서 11T의 매우 높은 이방성 field이다. 그렇지만 이 장점이 치명적인 기술적 문제이기도 하다. 왜냐하면 현실적으로 그러한 높은 field를 변환할 수 없기 때문이다. 기록매체에 적용하기 위해서는 $L1_0$ FePt 박막은 반드시 2상 구조를 갖도록 부분적으로 정렬되어야 한다. Fresnel Lorentz Contrast calculation 연구로부터 미세조직에서의 2상 구조가 자구조직의 형태와 domain 크기에 미치는 영향에 대해 알기 위한 연구가 수행되었다. Ordered system에서 disordered particle들은 자화반전과 magnetostatic field에 의한 상 경계에서의 reversed-ordered-domain을 야기하는 핵생성의 자리로 행동한다. 그러므로 reversed domain의 크기는 soft particle의 크기와 soft phase의 개수와 연관이 있다. 본 연구의 결과로부터 cross-track magnetic cluster의 크기는 disordered phase의 양과 disordered phase의 크기의 최적화에 의해 제어됨을 알 수 있다. Cross-track magnetic cluster의 크기는 미디어 노이즈에 있어 중요한 인자로 알려져 있다. Cross-track magnetization에 기반을 둔 새로운 magnetic cluster size를 계산하는 방법이 연구되었다. 이 방법으로부터 계산된 cluster의 크기는 이전 방법에 비해 보다 더 실제적이다. 이러한 방법은 높은 $K_u$값을 갖는 박막의 실험으로부터 얻은 Fresnel Lorentz image에서 domain wall contrast를 구분하기 힘든 점을 해결함으로써 Lorentz calculation image를 해석하는데 큰 도움을 준다. 본 연구에서는 수평매체와 수직매체에서의 magnetic cluster의 크기와 $K_u$, A, grain size와 같은 여러 변수 사이의 관계에 대해 논의하였다.
이러한 주제와 결과들은 FePt 박막의 Lorentz contrast와 magnetization fluctuation과 같은 intrinsic micromagnetics structure를 이해하는데 있어서 매우 유용하다. FePt 박막의 자기적 성질과 배향성을 개선시키기 위하여 새로운 하지막의 도입과 공정의 최적화에 관한 실험이 수행되었다. 새로운 하지막인 CrRu은 수평보자력 증가를 위하여 도입되었다. CrRu 하지막을 도입하였을 때의 수평보자력과 수직보자력의 비는 하지막을 도입하기전의 2.447에 비하여 27.613으로 크게 향상되었다. 수평보자력은 6420 Oe로 측정되었고 수직보자력은 무시할 수 있을 정도의 크기인 232.5 Oe로 측정되었다. 또한 FePt 박막의 수직보자력을 향상시키기 위하여 박막의 두께, 증착속도, 증착온도와 같은 공정의 최적화에 대해 연구하였다. 실험결과로부터 1 nm/min의 증착속도로 500 ℃의 온도에서 20 nm의 두께로 증착하였을 때 가장 좋은 수직보자력을 얻을 수 있음을 알 수 있었다. 하지만 이러한 보자력 측면에서의 결과는 XRD 결과와는 일치하지 않았기 때문에 보다 더 깊은 연구가 요구되어진다.
