npsm 새물리 New Physics : Sae Mulli

pISSN 0374-4914 eISSN 2289-0041


Research Paper

New Phys.: Sae Mulli 2020; 70: 304-310

Published online April 29, 2020

Copyright © New Physics: Sae Mulli.

Temperature Dependence of Magnetic Anisotropy in Co/Pt film on VO$ _{2}$ with a Structural Transition

구조적 상전이를 갖는 VO$ _{2}$와 결합된 Co/Pt 박막에서 온도에 따른 자기이방성 변화

Won Jun JUNG, Santosh GHIMIRE, Joonghoe DHO*

Department of Physics, Kyungpook National University, Daegu 41566, Korea


Received: December 9, 2019; Revised: January 16, 2020; Accepted: February 5, 2020

This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License ( which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

Fifty-nanometer thick (100) and (101) VO$ _{2}$ films were synthesized on C-plane and R-plane Al$ _{2}$O$ _{3}$ substrates using pulsed laser deposition. X-ray diffraction measurements suggested that the VO$ _{2}$ films with a root-mean-square roughness of 0.58 -- 1.08 nm had good crystalline properties. The temperature dependence of the resistance for the VO$ _{2}$ films displayed a metal-insulator transition behavior at T$ _{\text{MI}}$= 325 -- 350 K. Co/Pt multilayers with perpendicular magnetic anisotropy were deposited on (100) and (101) VO$ _{2}$ film by using DC sputtering, and their magnetic properties were monitored by using magneto-optic Kerr effect measurements. Although the VO$ _{2}$ has a structural transition from monoclinic to tetragonal at the T$ _{\text{MI}}$, the (100) VO$ _{2}$ plane seems to have opposite changes in the two in-plane lattice constants, so no net strain is induced in the neighboring Co/Pt film. On the other hand, the (101) VO$ _{2}$ with net changes in both in-plane lattice constants at the T$ _{\text{MI}}$ presumably provides interfacial stress to the neighboring Co/Pt film thus, it induces a net magnetoelastic effect, which results in an increases in the coercive fields of ~ 5 Oe along the easy axis and ~200 Oe along the hard axis.

Keywords: Vanadium oxide, Magnetic film, Perpendicular magnetic anisotropy

50 nm 두께를 갖는 (100) VO$ _{2}$와 (101) VO$ _{2}$ 박막을 각각 C-plane 과 R-plane 사파이어 기판 위에 펄스레이저 증착법으로 제작하였다. X-선 회절실험으로 VO$ _{2}$ 박막은 결정성이 우수함을 알 수 있었고 표면형상 측정으로 표면 거칠기가 0.58 nm -- 1.08 nm 정도임을 확인하였다. VO$ _{2}$ 박막은 약 325 -- 350 K 사이에서 금속-부도체 상전이를 보였다. 그리고 스퍼터링 (DC sputtering) 방법을 이용하여 VO$ _{2}$ 박막 위에 수직 자기이방성을 갖는 Co/Pt 다층박막을 제작하고 자기-광 커 효과 측정을 통하여 Co/Pt 박막은 뚜렷한 수직 자기이방성을 가짐을 확인하였다. 구조적 상전이를 함에도 불구하고 (100) VO$ _{2}$는 평면 내에서 두 격자상수의 변형 효과가 상쇄되는 경향을 갖기 때문에 (100) VO$ _{2}$와 결합된 Co/Pt 박막의 보자력은 VO$ _{2}$와 결합되지 않은 Co/Pt 박막과 비슷한 형태의 온도 의존성을 보였다. 반면, (101) VO$ _{2}$는 이웃한 Co/Pt 박막에 알짜 경계면 변형력을 제공하기 때문에 자기탄성효과에 의해 보자력이 증가된 것으로 생각된다. 보자력은 자화용이축 방향으로 구조적 상전이 온도 근처에서 최대 약 5 Oe, 자화어려움축 방향으로 약 200 Oe 정도 증가되는 것으로 보였다.

Keywords: 바나듐 산화물, 자성체 박막, 수직 자기이방성

Fig. 1. Magnetic field versus MOKE signals of Co/Pt film deposited on (100) VO$ _{2}$/C-plane Al$ _{2}$O$ _{3}$ at various temperatures from 300 K to 380 K (a) when the magnetic field H is perpendicular to the film plane and (b) when H is parallel to the film plane.

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