Fabrication of Rare Earth-Transition Metal films and their unique magnetic properties after ion bombardment

Great interest in amorphous rare earth (RE) - transition metal (TM) films was initially caused by their potential application in bubble memories and later, in magneto-optical memories. Recently, RE-TM films have experienced a renaissance due to their multitude of applications (e.g. all-optical switching, creation and fast propagation of skyrmions). Therefore, we focus on a novel approach for fabrication and magnetic patterning of ferrimagnetic/sperimagnetic RE-TM films (mainly on Tb-Co multilayers and alloys). Here I will show a new deposition method of Co-Tb alloy with well-defined, mutually perpendicular gradients of concentration and thickness [1]. Moreover, I will demonstrate that by light ion bombardment (He+ ) or focused ion beam (Ga+ ) the contribution of RE sublattices to effective magnetic properties of a perpendicularly magnetized RE-TM film can be reduced due to oxidation of RE element. This technique was used in Tb/Co multilayers to fabricate a 2D artificial lattice of Codominated (Co+) areas embedded in the Tb+ matrix. This pattern exhibits an interesting spin texture showing magnetic domains without domain walls [2,3].  

Duże zainteresowanie amorficznymi warstwami typu ziemia rzadka (RE) - metal przejściowy (TM) początkowo spowodowane było ich potencjalnymi zastosowaniami w pamięciach opartych na domenach cylindrycznych, a później w pamięciach magnetooptycznych. W ostatnim czasie warstwy RE-TM przeżywają renesans ze względu na mnogość ich zastosowań (np. optyczne przełączanie kierunku namagnesowania, tworzenie i szybka propagacja skyrmionów). Dlatego w naszych badaniach skupiamy się na nowych metodach wytwarzania i magnetycznej strukturyzacji ferrimagnetycznych/sperimagnetycznych warstw RE-TM (głównie dotyczy to wielowarstw i stopów TbCo). Podczas seminarium pokażę nową metodę osadzania stopu Co-Tb z dobrze zdefiniowanymi, wzajemnie prostopadłymi gradientami stężenia i grubości [1]. Ponadto wykażę, że poprzez bombardowanie lekkimi jonami (He + ) lub skupioną wiązką jonów (Ga+ ) udział podsieci RE w efektywnych właściwościach magnetycznych warstwy RE-TM wykazujących prostopadłą anizotropię magnetyczną można zmniejszyć poprzez lokalne utlenianie. W wielowarstwach Tb/Co technikę tę wykorzystano do wytworzenia dwuwymiarowej sztucznej sieci obszarów z dominacją Co (Co+) umieszczonych w matrycy Tb+. Taki układ wykazuje interesującą teksturę spinową, gdyż występują w nim domeny magnetyczne bez ścian domenowych [2,3].  

The work was supported by National Science Centre Poland under OPUS project (2020/39/B/ST5/01915) 

[1] Ł. Frąckowiak, et al., J. Magn. Magn. Mater 544 (2022) 168682.  

[2] Ł. Frąckowiak, et al., Phys. Rev. Lett. 124 (2020) 047203.

[3] Ł. Frąckowiak, et al., Sci. Rep. 11 (2021) 1041.