Coercivity and morphology in Fe/NiO films deposited on nanoporous Al2O3 membranes

The occurrence of ferro-antiferromagnetic (F/AF) interfaces in Fe/NiO bilayers brings about the possibility of controlling the Fe layer hysteretic properties through the unidirectional anisotropy induced by the presence of unbalanced, antiferromagnetic phase moments at that interface. In this work, we report on the Fe thickness and temperature dependencies of the hysteretic parameters measured in Fe/NiO bilayers deposited on Al2O3 nanoporous membranes. The Fe/NiO bilayers grew in a six-fold columnar way around each one of the membrane nanopores. The in-plane hysteresis loops measured by field cooling the samples down to different temperatures below 300 K, evidenced the occurrence of coercive forces larger than that associated to the Fe anisotropy field and also of significant loop shifts, both of them clearly linked to the occurrence of exchange bias at the Fe/NiO interfaces. The magnetization reversal mechanism active in the Fe/NiO bilayers essentially differs from that responsible for the reversal occurring in continuous films incorporating lithographed antidots, due to the fact that in our samples it does not involve either domain wall propagation or pinning, and the reversal events are spatially restricted to the Fe-covered, hexagonally closely packed dot-like tops of the NiO columns.

ResumenLa presencia de intercaras ferro-antiferromagnéticas (F/AF) en bicapas de Fe/NiO permite modificar significativamente las propiedades de histéresis de la película de Fe mediante la anisotropía unidireccional, debido a la presencia de momentos de la fase antiferromagnética descompensados en la intercara. En este trabajo estudiamos la influencia del espesor de Fe y de la temperatura sobre los parámetros de histéresis de bicapas de Fe/NiO depositadas sobre membranas porosas de Al2O3. Dichas bicapas crecen con estructura columnar hexagonal en torno a los poros de las membranas. Los ciclos de histéresis, medidos tras enfriar con campo a varias temperaturas por debajo de 300 K, han mostrado campos coercitivos mayores que los esperables considerando el campo de anisotropía del Fe y la existencia de desplazamientos de los ciclos hacia campos negativos, efectos ligados a la existencia de «exchange bias» en las intercaras Fe/NiO. El mecanismo de conmutación activo en las bicapas difiere del que tiene lugar en películas continuas litografiadas con «antidots». Ello es debido a que en nuestras muestras no se producen propagación y enganches de paredes y, además, a que la inversión de la imanación está espacialmente localizada en las estructuras de Fe tipo «dot» que recubren las columnas de NiO.