CoNi/Cu süperörgülerinin elektrodepozisyonu ve magnetorezistans özellikleri

Abstract

CoNi/Cu süperörgüleri polikristal Ti (hcp) alttabaka üzerine, kendi iyonlarını içeren çözeltilerden elektrodepozisyon tekniği ile büyütüldü. Üretilen süperörgülerin özellikleri, çözelti pH’ı, Ni konsantrasyonu ve Cu tabaka kalınlığı değiĢimlerine bağlı olarak incelendi. Çözeltilerin elektrokimyasal karakterizasyonları dönüĢümlü voltammetri (CV) tekniği ile yapıldı. CV eğrilerinden, ferromanyetik (CoNi) ve manyetik olmayan (Cu) tabakaların depozisyon potansiyelleri referans elektroda (doymuĢ kalomel elektrot-SCE) göre sırasıyla -1.5 V ve -0.4 V olarak belirlendi. Elektrodepozisyon sırasında kaydedilen akım zaman geçiĢlerinden süperörgülerin büyüme süreçleri incelendi. Numunelerin yapısal analizleri X-ıĢını difraksiyon (XRD) tekniği ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile yapıldı. Bütün numunelerin XRD spektrumlarında, yüzey merkezli kübik (fcc) yapının karakteristik yansıma pikleri olan (111), (200), (220) ve (311) yansımaları sırasıyla 44°, 51°, 75° ve 91° civarında gözlendi. Numunelerin hepsinin (111) yönelimine sahip olduğu bulundu. SEM görüntülerine göre, pH değeri yüksek olan çözeltilerden üretilen numunelerin düĢük pH’ dakilere kıyasla daha homojen ve pürüzsüz yüzeyleri olduğu tespit edildi. Filmlerin manyetik ölçümleri, titreĢimli örnek magnetometresi (VSM) ile yapıldı. Histerisis eğrilerinden numunelerin doyum manyetizasyonu (Ms) ve koersivite alanları (Hc) hesaplandı. pH değeri arttıkça üretilen numunelerin manyetizasyon değerlerinin arttığı gözlendi. Ayrıca manyetizasyon değerlerinin artan Cu tabaka kalınlığı ile birlikte arttığı saptandı. Manyetorezistans (MR) ölçümler Van der Pauw (VDP) metoduyla, ±12 kOe arasındaki manyetik alanlarda yapıldı. pH değerleri 2.5, 3.0 ve 3.5 olan çözeltilerden üretilen 429[CoNi(4nm)/Cu(3nm)] süperörgülerinin MR eğrilerinde, pH=2.5 ve 3.0 olan numunelerde GMR etki gözlenirken pH=3.5 olan numunede AMR etki gözlendi. Bunun yanında artan Ni oranının da–küçük Cu tabaka kalınlıklarında (0.5 nm, 1 nm)- AMR etkinin oluĢmasına neden olduğu saptandı. Ni konsantrasyonu 0.02 M’ dan 0.2 M’ a çıkarıldığı zaman süperörgülerin hem MR değerlerinin hemde GMR hassasiyetinin arttığı bulundu. Son olarak, farklı Cu tabaka kalınlıklarına sahip numuneler incelendiğinde, 0.02 M Ni konsantrasyonuna sahip çözeltiden üretilen numunelerin hepsinde GMR etki gözlenirken, 1 M Ni içeren çözeltiden büyütülen numunelerde ise ince Cu tabaka kalınlıklarında (0.5, 1 ve 2 nm) AMR etkinin baskın olduğu bulundu.

CoNi/Cu superlattices were grown on Ti (hcp) substrates from electrolytes containing their own ions by the electrodeposition technique. The properties of the produced superlattices were examined as a function of electrolyte pH, Ni concentration and the Cu layer thickness. Electrochemical characterizations of the electrolytes were carried out by the cyclic voltammetry (CV) technique. Deposition potentials of ferromagnetic (CoNi) and non-magnetic (Cu) layers vs reference electrode (saturated calomel electrode-SCE) were determined to be -1.5 V and -0.4 V, respectively. The deposition processes of superlattices were examined from the current-time transients recorded during the deposition. The structural analyses were made by X-ray diffraction (XRD) technique and scanning electron microscopy (SEM). The (111), (200), (220) and (311) peaks which are the characteristic reflection peaks of face centred cubic (fcc) structure, were observed around 44°, 51°, 75° and 91°, respectively. All the samples have (111) orientation. According to the SEM images, the samples grown from the electrolytes with high pH values have more homogen and smoother surfaces than those grown at low pH. The magnetic measurements of the films were made by vibrating sample magnetometer (VSM). Saturation magnetizations (Ms) and coercivities (Hc) were calculated from the hysteresis curves. It was found that the magnetizations of the samples increase as the pH value increases. Also, the magnetization values increase with increasing Cu layer thickness. The magnetoresistance (MR) measurements were made by Van der Pauw (VDP) method in ±12 kOe magnetic fields. 429[CoNi(4nm)/Cu(3nm)] superlattices grown from the electrolytes with 2.5 and 3.0 pH values have the giant magnetoresistance (GMR) behavior, since the longitudinal (LMR) and transverse magnetoresistance (TMR) decrease as the applied field increases, while the ones with pH=3.5 has AMR effect, so the LMR increases and the TMR decreases with increasing applied field. Furthermore, for the superlattices with thin Cu layer thicknesses (0.5 nm, 1 nm), increasing Ni concentration caused to occur AMR effect. On the other hand, when the Ni concentration in the electrolyte is increased from 0.02 M to 0.2 M, the MR values and also the GMR sensitivity of the superlattices are increased. Finally, for the samples with different Cu layer thicknesses, all superlattices produced from the electrolyte containing 0.02 M Ni have GMR effect, while the superlattices grown from the electrolyte containing 1 M Ni have AMR only for thin Cu layer thicknesses (0.5, 1 and 2 nm).