Effect of he+ ion irradiation on interface width in thin-film co/pt terahertz spintronic sources

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

In this work, we experimentally studied the structural modification of the interfaces in bilayer Co/Pt spintronic terahertz emitters under irradiation with He+ ions with a fluence of up to 1016 cm-2. Using the non-destructive method of small-angle X-ray reflectometry, an increase in the Co/Pt interface width from 1.2 nm (initial sample) to 1.9 nm under irradiation with He+ with a fluence of 1016 cm-2 was detected. The experimental data are in good agreement with the results of modeling using SRIM. The magneto-optical measurements showed that the samples retain their magnetic properties at all fluences. The results can be used to increase the efficiency of terahertz generation in such structures.

Full Text

Restricted Access

About the authors

I. A. Antonov

Institute for Physics of Microstructures, Russian Academy of Sciences; N.I. Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

Author for correspondence.
Email: ivan.antonov@sci-phys.ru
Russian Federation, Afonino, Nizhny Novgorod region; Nizhny Novgorod

R. V. Gorev

Institute for Physics of Microstructures, Russian Academy of Sciences

Email: ivan.antonov@sci-phys.ru
Russian Federation, Afonino, Nizhny Novgorod region; Nizhny Novgorod

Yu. A. Dudin

N.I. Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

Email: ivan.antonov@sci-phys.ru
Russian Federation, Nizhny Novgorod

E. A. Karashtin

Institute for Physics of Microstructures, Russian Academy of Sciences

Email: ivan.antonov@sci-phys.ru
Russian Federation, Afonino, Nizhny Novgorod region

D. S. Korolev

N.I. Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

Email: ivan.antonov@sci-phys.ru
Russian Federation, Nizhny Novgorod

I. Yu. Pashenkin

Institute for Physics of Microstructures, Russian Academy of Sciences

Email: ivan.antonov@sci-phys.ru
Russian Federation, Afonino, Nizhny Novgorod region

M. V. Sapozhnikov

Institute for Physics of Microstructures, Russian Academy of Sciences; N.I. Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

Email: ivan.antonov@sci-phys.ru
Russian Federation, Afonino, Nizhny Novgorod region; Nizhny Novgorod

P. A. Yunin

Institute for Physics of Microstructures, Russian Academy of Sciences; N.I. Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

Email: ivan.antonov@sci-phys.ru
Russian Federation, Afonino, Nizhny Novgorod region; Nizhny Novgorod

References

  1. Zhang X.-C., Xu J. Introduction to THz Wave Photonics. New York: Springer, 2010. P. 246.
  2. Bull C., Hewett S.M., Ji R., Lin C.H., Thomson T., Graham D.M., Nutter P.A. Spintronic terahertz emitters: Status and prospects from a materials perspective // APL Materials. 2021. V. 9. Iss. 9. P. 090701.
  3. Buryakov A.M., Gorbatova A.V., Avdeev P.Y., Lebedeva E.D., Brekhov K.A., Ovchinnikov A.V., Gusev N.S., Karashtin E.A., Sapozhnikov M.V., Mishina E.D., Tiercelin N., Preobrazhensky V.L. Efficient Co/Pt THz spintronic emitter with tunable polarization // Appl. Phys. Lett. 2023. V. 123. Iss. 8. P. 082404.
  4. Li G., Medapalli R., Mikhaylovskiy R.V., Spada F.E., Rasing Th., Fullerton E.E., Kimel A.V. THz emission from Co/Pt bilayers with varied roughness, crystal structure, and interface intermixing // Phys. Rev. Mater. 2019. V. 3. Iss. 8. P. 084115.
  5. Scheuer L., Ruhwedel M., Karfaridis D., Vasileiadis I.G., Sokoluk D., Torosyan G., Vourlias G., Dimitrakopoulos G.P., Rahm M., Hillebrands B., Kehagias Th., Beigang R., Papaioannou E.Th. THz emission from Fe/Pt spintronic emitters with L10-FePt alloyed interface // iScience. 2022. V. 25. Iss. 5. P. 104319.
  6. Шелухин Л.А., Кузикова А.В., Телегин А.В., Бессонов В.Д., Калашникова А.М. Влияние интерфейса на генерацию пикосекундных импульсов ТГц-излучения в спинтронных эмиттерах / Сб. Нанофизика и наноэлектроника 2024, труды XXVIII международного симпозиума (ИПФ РАН, Н. Новгород, 2024). Т. 1. С. 420–421.
  7. Гусев Н.С., Дудин Ю.А., Садовников А.В., Сапожников М.В. Модификация поверхностного взаимодействия Дзялошинского–Мория в пленках Co/тяжелый металл при облучении ионами гелия // ФТТ. 2021. Т. 63. № 9. С. 1263–1267.
  8. Kowacz M., Matczak M., Schmidt M., Stobiecki F., Kuświk P., Correlation between anisotropy and concentration profiles of Ir/Co/Pt system modified by Ga+ bombardment with different energies // J. Magn. Magn. Mater. 2023. V. 587. P. 171271.
  9. Калентьева И.Л., Данилов Ю.А., Дорохин М.В., Дудин Ю.А., Здоровейщев А.В., Кудрин А.В., Темирязева М.П., Темирязев А.Г., Никитов С.А., Садовников А.В. Модифицирование магнитных свойств сплава CoPt путем ионного облучения // ФТТ. 2019. Т. 61. № 9. С. 1694–1699.
  10. Гущина Н.В., Шаломов К.В., Овчинников В.В., Банникова Н.С., Миляев М.А. Радиационная стабильность сверхрешеток Fe/Cr и CoFe/Cu при облучении ионами аргона (Е = 10 кэВ) // ФММ. 2020. Т. 121. № 12. С. 1271–1277.
  11. Mazalski P., Kurant Z., Sveklo I., Dobrogowski W., Fassbender J., Wawro A., Maziewski A. Ion irradiation driven changes of magnetic anisotropy in ultrathin Co films sandwiched between Au or Pt covers // J. Magn. Magn. Mater. 2019. V. 479. P. 332–336.
  12. Pelizzo M.G., Corso A.J., Santi G., Hübner R., Garoli D. Dependence of the damage in optical metal/dielectric coatings on the energy of ions in irradiation experiments for space qualification // Sci. Reports. 2021. V. 11. P. 3429.
  13. Воробьев В.Л., Гладышева В.С., Быков П.В., Быстров С.Г., Климова И.Н., Сюгаев А.В., Колотов А.А., Баянкин В.Я. Влияние поочередного облучения ионами O+ и N+ на состав, структуру и электрохимические свойства сплава системы Ti–Al–V // ФММ. 2024. Т. 125. № 5. С. 603–613.
  14. Ezhevskii A.A., Guseinov D.V., Soukhorukov A.V., Averina N.I., Kalinina E.A., Yurasov D.V., Karashtin E.A. Impact of spin-flip scattering on spin current and inverse Spin-Hall effect in silicon doped by bismuth, antimony or phosphorus // Physica B: Condensed Matter. 2024. V. 674. P. 415551.
  15. Федотов И.А., Пашенькин И.Ю., Скороходов Е.В., Гусев Н.С. Изготовление субмикронных туннельных магниторезистивных контактов CoFeB/MgO/CoFeB с использованием резистивной маски HSQ/PMMA // ФММ. 2024. Т. 125. № 2. С. 138–143.
  16. Del Rio S.M., Ulyanenkov A. LEPTOS: a universal software for x-ray reflectivity and diffraction // Proc. of SPIE. 2004. V. 5536. P. 1–15.
  17. Ziegler J.F., Biersak J.P., Ziegler M.D. SRIM - The Stopping and Range of Ions in Matter. Chester: SRIM Co., 2008. P. 405.
  18. Татарский Д.А., Гусев Н.С., Михайловский В.Ю., Петров Ю.В., Гусев С.А. Управление магнитными свойствами многослойных периодических структур на основе Co/Pt // ЖТФ. 2019. Т. 89. № 11. P. 1674–1679.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Experimental and simulated SAXS curves for the unirradiated Co/Pt bilayer structure (a); arrangement of layers in the Co/Pt structure and density profiles obtained from SAXS data (b).

Download (84KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. The distribution of Co and Pt atoms, displaced under ion irradiation at a He ion fluence of 1016 cm-2 (a), simulated in the SRIM software package; a fragment of the density profiles at the Pt/Co interface for He ion fluences of 1014 and 1016 cm-2, determined from SRIM calculations (b).

Download (84KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Dependence of the angle of rotation of the plane of polarization on the applied magnetic field during reflection of light from the original Co/Pt structure (a) and the structure irradiated with He+ ions with a fluence of 1016 cm-2 (b).

Download (45KB)
Indexing metadata


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».