Điều biến trường trao đổi dịch và lực kháng từ theo phương vuông góc trong màng đa lớp [Co/Pd]/IrMn

ISSN: 1859-2171 TNU Journal of Science and Technology 200(07): 141 - 148 
 Email: jst@tnu.edu.vn 141 
ĐIỀU BIẾN TRƯỜNG TRAO ĐỔI DỊCH VÀ LỰC KHÁNG TỪ THEO PHƯƠNG 
VUÔNG GÓC TRONG MÀNG ĐA LỚP [Co/Pd]/IrMn 
Nguyễn Thị Huế1, Nguyễn Thị Thanh Thúy1, Cao Thi Thanh Hải1, Đinh Hùng Mạnh1, Đỗ Hùng 
Mạnh2, Vũ Đình Lãm2,3, Nguyễn Văn Đăng4, Nguyễn Thị Ngọc Anh2,3* 
1Trường Đại học Sư phạm Hà Nội, 2Viện Khoa học vật liệu - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, 
3Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, 
4Trường Đại học Khoa học - ĐH Thái Nguyên 
TÓM TẮT 
Hiệu ứng trao đổi dịch (EB) đã được khảo sát trong các vật liệu từ có lớp tiếp xúc sắt từ/phản sắt 
từ (FM/AFM) hơn nửa thập kỷ qua. Hầu hết các nghiên cứu đều được thực hiện trên các vật liệu từ 
truyền thống có dị hướng từ nằm trong mặt phẳng mẫu (dị hướng từ song song). Trong nghiên cứu 
này các hệ vật liệu có lớp tiếp xúc FM/AFM dựa trên màng đa lớp [Co/Pd]/IrMn có dị hướng từ 
vuông góc được chế tạo bằng phương pháp phún xạ magnetron. Đặc trưng cấu trúc và tính chất từ 
của các màng đa lớp đã chế tạo được khảo sát lần lượt với phép đo nhiễu xạ tia X (XRD) và phép 
đo từ kế mẫu rung (VSM). Sự phụ thuộc của trường trao đổi dịch (HEB) và lực kháng từ (HC) theo 
phương vuông góc trong màng đa lớp [Co/Pd]/IrMn vào số lớp, vào chiều dày của lớp Co và lớp 
Pd được tiến hành khảo sát một cách hệ thống. Kết quả thực nghiệm chỉ ra rằng các màng đã chế 
tạo có dị hướng từ vuông góc tốt, có hiệu ứng trao đổi dịch theo phương vuông góc cao ở nhiệt độ 
phòng. Thú vị hơn nữa, giá trị HEB và HC của màng đa lớp [Co/Pd]/IrMn có thể điều biến được 
một cách dễ dàng thông qua sự thay đổi về i) số lớp N; ii) chiều dày của lớp Co (tCo); và iii) chiều 
dày của lớp Pd (tPd) trong màng đa lớp [Co/Pd]. 
Từ khóa: Màng mỏng từ đa lớp; dị hướng từ vuông góc; hiệu ứng trao đổi dịch; tương tác trao 
đổi sắt từ; trao đổi sắt từ/phản sắt từ 
Ngày nhận bài: 11/4/2019; Ngày hoàn thiện: 04/5/2019; Ngày duyệt đăng: 07/5/2019 
TUNABLE PERPENDICULAR EXCHANG BIAS AND COERCIVITY 
IN [Co/Pd]/IrMn MULTILAYERS 
Nguyen Thi Hue
1
, Nguyen Thi Thanh Thuy
1
, Cao Thi Thanh Hai
1
, Dinh Hung Manh
1
, Do Hung 
Manh
2
, Vu Dinh Lam
2,3
, Nguyen Van Dang
4
, Nguyen Thi Ngoc Anh
2,3*
1Hanoi National University of Education, 2Institute of Materials Science - VAST, 
3Graduate University of Science and Technology - VAST, 4University of Sciences - TNU 
ABSTRACT 
The effect of exchange bias (EB) has been investigated in ferromagnet/antiferromagnet (FM/AFM) 
bilayers for more than fifty years. Up to now, most studies have focused on conventional in-plane 
magnetic anisotropy materials. In this study, the FM/AFM systems with perpendicular magnetic 
anisotropy were fabricated using a magnetron sputtering system. Structural and magnetic 
properties of the fabricated multilayers (MLs) were carried out by using X-Ray Diffraction (XRD) 
and Vibrating Sample Magnetometer (VSM) systems, respectively. The dependence of the 
exchange bias field and coercivity of [Co/Pd]/IrMn MLs on the multilayer repetition number, 
thickness of Co layer and Pd layer have been investigated systematically. The experimental results 
showed that the developed MLs have a strong perpendicular magnetic anisotropy and a large 
perpendicular exchange bias at room temperature. Interestingly, the perpendicular exchange bias 
field (HEB) and coercivity (HC) of [Co/Pd]/IrMn MLs can be easily tuned by tuning i) multilayer 
repetition number N, ii) Co thickness (tCo); and iii) Pd thickness (tPd). 
Keywords: Magnetic multilayers; perpendicular magnetic anisotropy; exchange bias effect; 
ferromagnetic exchange interaction; ferromagnetic/antiferromagnetic exchange interaction 
Received: 11/4/2019; Revised: 04/5/2019; Approved: 07/5/2019 
* Corresponding author: Tel: 0847 907676 ; Email: ngocanhnt.vn@gmail.com 
Nguyễn Thị Huế và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ĐHTN 200(07): 141 - 148 
142  Email: jst@tnu.edu.vn 
1. Giới thiệu 
Tương tác trao đổi trong các màng có lớp tiếp 
giáp sắt từ/phản sắt từ (FM/AFM) được biết 
tới từ những giữa những năm 50 của thế kỷ 
trước [1,2] và thường biểu hiện thông qua 
hiện tượng dịch đường cong từ hóa dọc theo 
trục của từ trường (còn gọi là hiệu ứng trao 
đổi dịch, HEB) và/hoặc tăng cường lực kháng 
từ HC (còn gọi là hiệu ứng ghim từ) khi: i) 
mẫu được làm lạnh (trong từ trường) từ nhiệt 
độ khóa TB (Blocking temperature) của vật 
liệu AFM hoặc ii) các màng mỏng được 
mọc/hình thành trong một từ trường đẳng 
hướng; hoặc iii) mẫu được ủ trong từ trường 
[1-4]. Trong một vài thập kỷ qua các hệ vật 
liệu FM/AFM có hiệu ứng trao đổi dịch được 
nghiên cứu rộng rãi do khả năng ứng dụng 
của chúng trong các linh kiện lưu trữ thông 
tin, các cảm biến từ [5-8]. Hiệu ứng trao đổi 
dịch trước đây thường quan sát được trong 
các hệ vật liệu FM/AFM có dị hướng từ nằm 
trong mặt phẳng mẫu (dị hướng từ song song) 
như hệ IrMn/NiFe, IrMn/CoFe [5-8]. Gần 
đây, hiệu ứng này quan sát cũng quan sát 
được trên một số hệ vật liệu FM/AFM có dị 
hướng từ vuông góc với mặt phẳng màng [9-
12]. Việc quan sát được hiệu ứng này trên các 
hệ vật liệu có dị hướng từ vuông góc mở ra 
khả năng ứng dụng to lớn cho các linh kiện từ 
thế hệ mới bởi khả năng giảm kích thước linh 
kiện cũng như độ ổn định nhiệt cao [9-12]. 
Trong các vật liệu sắt từ (FM) có dị hướng từ 
vuông góc (các hợp kim chứa nhóm kim loại 
chuyển tiếp như CoPt, CoPd, FePt, TbFeCo 
hay các màng mỏng đa lớp [Co/Ni], [Co/Pd], 
[Co/Pt]), các màng đa lớp [Co/Pd] và 
[Co/Pt] được coi là các ứng cử viên tiềm năng 
cho các ứng dụng thực tế do dễ chế tạo (chế 
tạo ở nhiệt độ phòng), có tính dị hướng vuông 
góc tốt, từ độ bão hòa cao, lực kháng từ cao 
và dễ dàng điều khiển được dị hướng từ thông 
qua điều khiển các thông số cấu trúc của các 
lớp vật liệu [13,14]. Trong các vật liệu phản 
sát từ (AFM) (CoO, NiO, FeMn, FeRh, 
IrMn), vật liệu được dùng phổ biển nhất 
trong các thiết bị từ tính thương mại là IrMn 
do nhiệt độ chuyển pha TC cao và thường có 
trường trao đổi dịch lớn ở nhiệt độ phòng [15-
17]. Vì thế, trong nghiên cứu này, chúng tôi 
lựa chọn hệ vật liệu gồm màng đa lớp FM 
[Co/Pd] có dị hướng từ vuông góc gắn với lớp 
AFM IrMn làm đối tượng nghiên cứu. Trong 
một số báo cáo [18,19], dị hướng vuông góc 
trong các màng mỏng đa lớp [Co/M] được 
nghiên cứu một cách tương đối hệ thống và 
được chỉ ra rằng tính dị hướng trong các 
màng đa lớp có mối liên hệ mật thiết với các 
thông số cấu trúc của màng như chiều dày lớp 
Co, chiều dày lớp kim loại Pd, hay số lớp kép 
Co/Pd. Nói cách khác hoàn toàn có thể điều 
khiển được tính dị hướng (hằng số dị hướng 
hiệu dụng Keff, lực kháng từ HC) trong các 
màng đa lớp loại này thông qua sự thay đổi 
các thông số cấu trúc của các lớp trong các 
màng đa lớp. Tuy nhiên, tính cho tới nay, 
chưa có một nghiên cứu có tính hệ thống nào 
về vai trò của các thông số cấu trúc này đối 
với trường trao đổi dịch trong hệ 
[Co/Pd]/IrMn được báo cáo. Trong nghiên 
cứu này, chúng tôi khảo sát sự thay đổi của 
lực kháng từ cũng như hiệu ứng trao đổi dịch 
theo phương vuông góc trong màng đa lớp 
[Co/Pd]/IrMn với các thông số cấu trúc tCo, 
tPd, hoặc số lớp N khác nhau. 
2. Phương pháp nghiên cứu 
2.1 Chế tạo màng mỏng đa lớp 
Ba hệ mẫu được nghiên cứu, chế tạo và khảo 
sát có cấu trúc và độ dày danh định như sau: 
Hệ mẫu 1: 
Si/SiO2/Ta5 nm/Pd3 nm/[Co0.5 nm/Pd1 nm]N/Co0.5 
nm/IrMn6 nm/Pd3 nm/Ta5 nm (N=1, 2, 3, 10) (ký 
hiệu [Co/Pd]N/IrMn) 
Hệ mẫu 2: 
Si/SiO2/Ta5 nm/Pd3 nm/[Co(tCo)/Pd1 nm]5/Co0.5 
nm/IrMn6 nm/Pd3 nm/Ta5 nm (tCo=0.3-1.0 nm) (ký 
hiệu [Co(tCo)/Pd]/IrMn) 
Hệ mẫu 3: 
Si/SiO2/Ta5 nm/Pd3 nm/[Co0.5 nm/Pd(tPd)]5/Co0.5 
nm/IrMn6 nm/Pd3 nm/Ta5 nm (tPd=0.6-2.0 nm) (ký 
hiệu [Co/Pd(tPd)]/IrMn) 
Nguyễn Thị Huế và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ĐHTN 200(07): 141 - 148 
143  Email: jst@tnu.edu.vn 
Một mẫu màng mỏng đa lớp không có lớp 
phản sắt từ IrMn: Si/SiO2/Ta5 nm/Pd3 nm/[Co0.5 
nm/Pd1 nm]5/Co0.5 nm/Pd3 nm/Ta5 nm (ký hiệu 
[Co/Pd]) được chế tạo và sử dụng như mẫu 
đối chứng. Các mẫu được phún xạ trên đế Si 
có phủ một lớp SiO2 dày 1000 nm bằng hệ 
phún xạ DC magnetron với chân không cơ sở 
cao (~3×10
-8
 Torr) và áp suất khí Ar khi phún 
xạ là 5 mTorr. Lớp kép Ta/Pd được dùng làm 
lớp đệm để tăng cường hướng mọc (111) 
trong khi lớp kép Pd/Ta được dùng làm lớp 
phủ chống ô xi hóa cho màng đa lớp [20,21]. 
Tốc độ lắng đọng chậm được áp dụng cho cả 
Co (0,18 Å/s) và Pd (0,46 Å/s) tương ứng với 
công suất phún xạ lần lượt là 37,5 W và 87,5 
W cho tất cả các mẫu để đảm bảo sự lắng đọng 
là đồng đều, lớp tiếp xúc giữa các lớp là sắc 
nét và mức độ xen kẽ của Co-Pd là thấp [22]. 
2.2 Các phương pháp khảo sát 
Sau khi lắng đọng, các mẫu được từ hóa trong 
từ trường song song và vuông góc với mặt 
phẳng mẫu bằng hệ từ kế mẫu rung (VSM) 
với từ trường lớn nhất đạt 14 kOe. Cấu trúc 
tinh thể của các mẫu được kiểm tra bằng 
phương pháp nhiễu xạ bột trên hệ nhiễu xạ tia 
X của X’pert Pro với điện áp 45 kV và dòng 
điện 40 mA sử dụng bức xạ Cu-Kα 
(λ=0,12518 nm). Tất cả các phép đo được tiến 
hành ở nhiệt độ phòng. 
3. Kết quả và bàn luận 
3.1 Đặc trưng hình thái cấu trúc 
Phổ nhiễu xạ tia X của hai mẫu màng đa lớp 
có và không có lớp AFM được so sánh để làm 
rõ vai trò của lớp AFM trong việc hình thành 
trường trao đổi dịch tự phát. Màng [Co/Pd] và 
[Co/Pd]/IrMn sau khi phún xạ được khảo sát 
qua phép đo nhiễu xạ tia X. Hình 1 biểu diễn 
phổ nhiễu xạ tia X của của hai mẫu màng đa 
lớp [Co/Pd] và [Co/Pd]/IrMn. Phổ nhiễu xạ 
tia X trên cả 2 mẫu đều chỉ ra sự tồn tại của 
lớp α-Ta có cấu trúc (110) với đỉnh nhiễu xạ 
đặc trưng ở góc 2θ = 38,5o và β-Ta có cấu 
trúc (212) với đỉnh nhiễu xạ đặc trưng xuất 
hiện ở góc 2θ = 39o [23] trong khi lớp Pd có 
cấu trúc (111) mọc trên lớp Ta với đỉnh nhiễu 
xạ trong khoảng 39,5o-40,6o. Gần với đỉnh 
nhiễu xạ Pd (111), một đỉnh có cường độ 
nhiễu xạ mạnh ở khoảng 40,8o được quan sát 
với màng [Co/Pd], tương ứng với Co/Pd 
(111). Do Co (111) tinh khiết có đỉnh ở 
khoảng 44,4o, Pd (111) tinh khiết có đỉnh 
nhiễu xạ ở khoảng 40,8o, nên màng đa lớp 
Co/Pd có đỉnh nhiễu xạ (111) nằm giữa hai 
đỉnh này, vị trí đỉnh Co/Pd (111) tùy thuộc 
vào chiều dày của các lớp cũng như số lớp 
trong màng đa lớp. Điều này phù hợp với các 
kết quả nghiên cứu đã được công bố trước đó 
cho hệ Co/Pd [24,25]. Hướng (111) của CoPd 
cũng là hướng thể hiện tính dị hướng từ 
vuông góc mạnh hơn các hướng khác, hướng 
ưu tiên này thường được thể hiện đặc biệt 
mạnh khi màng đa lớp [Co/Pd] mọc trên lớp 
đệm Ta/Pd [26]. 
Hình 1. Phổ nhiễu xạ tia X của màng đa lớp 
[Co/Pd] (đường mầu đen) và của màng kép 
[Co/Pd]/IrMn (đường màu đỏ) 
So với phổ nhiễu xạ của mẫu màng [Co/Pd], 
ở mẫu [Co/Pd]/IrMn, khi có thêm lớp IrMn 
được lắng đọng lên trên màng đa lớp [Co/Pd], 
xuất hiện đỉnh nhiễu xạ rất mạnh (gấp hơn 2 
lần so với trong màng [Co/Pd]) quan sát được 
ở góc 2θ khoảng 40,9o. Có một sự dịch đỉnh 
phổ Co/Pd(111) nhẹ về phía bên phải khoảng 
0,1
o
 và đặc biệt là sự tăng cường cường độ 
nhiễu xạ ở vị trí góc 2θ=40,9o là do sự có mặt 
của đỉnh nhiễu xạ IrMn (111) (phổ tia X đặc 
trưng cho IrMn (111) tinh khiết có đỉnh nhiễu 
xạ ở khoảng 2θ=41,2o) dẫn đến sự chồng phủ 
của hai đỉnh nhiễu xạ, Co/Pd(111) và IrMn 
(111). IrMn với hướng ưu tiên (111) cũng đã 
được chứng minh là thích hợp nhất cho sự 
phát triển ổn định cấu trúc phản sắt từ và vì 
vậy thể hiện hiệu ứng trao đổi dịch lớn đáng 
chú ý [27-30]. 
36 37 38 39 40 41 42 43
0
2000
4000
6000
8000

T
a
 (
2
1
2
) Ir
M
n
 (
1
1
1
)
Pd(111)
T
a
 (
1
1
0
)
In
te
n
s
it
y
 (
c
o
u
n
ts
)
2theta (degrees)
 [Co/Pd]
5
/Co
 [Co/Pd]
5
/Co/IrMn
C
o
/P
d
 (
1
1
1
)
Nguyễn Thị Huế và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ĐHTN 200(07): 141 - 148 
144  Email: jst@tnu.edu.vn 
3.2 Tính chất từ 
Hình 2a và 2b biểu diễn đường cong từ hóa 
của mẫu [Co/Pd] (mẫu đối chứng) theo hai 
phương song song (IP, đường màu đen) và 
vuông góc (OOP, đường màu đỏ) với mặt 
phẳng mẫu và với từ trường đặt vào lên tới 14 
kOe. Kết quả đo đạc bằng VSM chỉ ra rằng 
với mẫu màng đa lớp [Co/Pd] đã chế tạo, 
phương từ hóa song song với mặt phẳng là 
phương khó, và từ trường cần thiết để từ hóa 
mẫu theo phương song song lên tới 12 kOe, 
trong khi phương từ hóa vuông góc với mặt 
phẳng mẫu là phương dễ. Đường cong từ hóa 
theo phương vuông góc cho thấy quá trình 
đảo từ xảy ra đột ngột (độ vuông của đường 
từ hóa gần như bằng 1) nói cách khác giá trị 
của trường đảo từ bằng với giá trị của lực 
kháng từ, Ha=HC=690 Oe. Kết quả này phù 
hợp với một số nghiên cứu trước đây rằng với 
các màng đa lớp Co/Pd có dị hướng từ vuông 
góc cao quá trình đảo từ theo phương vuông 
góc sẽ diễn ra rất đột ngột [31]. Nói cách 
khác, các đo đạc, tính toán dựa trên kết quả 
đo VSM hoàn toàn phù hợp với phổ nhiễu xạ 
tia X, chứng tỏ rằng, màng mỏng đa lớp 
[Co/Pd] đã chế tạo có hướng ưu tiên (111), có 
tính dị hướng vuông góc cao. 
Từ các đường cong từ hóa theo hai phương 
song song và vuông góc, chúng ta có thể thu 
được hai thông số từ quan trọng gồm có từ độ 
bão hòa MS và dị hướng từ hiệu dụng Keff. 
Bằng cách vẽ chồng các đường từ trễ đo theo 
hai hướng (song song và vuông góc với mặt 
phẳng mẫu) (Hình 2), từ trường bão hòa, HS, 
được xác định là điểm giao nhau giữa hai 
đường. Trường dị hướng, Hk, và dị hướng từ 
hiệu dụng Keff được tính theo công thức: 
Hk = HS + 4πMS (1) 
Keff = Hk×MS/2 (2) 
trong đó MS là từ độ bão hòa của mẫu trên 
một đơn vị thể tích, được tính bằng từ độ của 
mẫu đo được từ thực nghiệm chia cho thể tích 
của mẫu [32-34]. Trong mẫu [Co/Pd] đã chế 
tạo, giá trị của MS=385×10
-6
 emu/cm
3
 và 
Keff=6.5×10
6
 erg/cm
3, giá trị này hoàn toàn phù 
hợp với nghiên cứu trước đó của nhóm [35]. 
Hình 2. Đường cong từ hóa trong mẫu đối chứng 
[Co/Pd] theo hai phương: (a) song song (IP) với 
bề mặt mẫu (đường màu đen) và (b) vuông góc 
(OOP) với bề mặt mẫu (đường màu đỏ) 
Để đánh giá vai trò của các thông số cấu trúc 
trong màng đa lớp [Co/Pd]/IrMn ảnh hưởng 
tới trường trao đổi dịch, lực kháng từ, các 
mẫu với thông số cấu trúc (chiều dày lớp Co, 
chiều dày lớp Pd, số lớp N) khác nhau đã 
được chế tạo và khảo sát. 
Hình 3(a) là kết quả đo đường cong từ hóa 
theo phương vuông góc của các mẫu trong hệ 
mẫu 1 [Co/Pd]N/IrMn, với số lớp N trong 
màng đa lớp [Co/Pd] thay đổi từ 1 đến 10. 
Đường cong từ hóa theo phương vuông góc 
cho thấy trường trao đổi dịch HEB cao (~ 600 
Oe) và đạt được ở tất cả các mẫu ở nhiệt độ 
phòng. HEB và HC đều giảm khi số lớp N tăng, 
tuy nhiên HC giảm nhanh, từ 900 Oe đến 180 
Oe trong khi HEB giảm không đáng kể (từ 870 
Oe đến 150 Oe ) khi N tăng từ 1 đến 10. 
Ở các mẫu có N từ 1 tới 5, HC xấp xỉ bằng 
trường đảo từ Ha và vì vậy HC được coi là một 
thông số quan trọng để có thể xác định được 
giá trị trường đảo từ trong các màng đa lớp 
này một cách gián tiếp. Tuy nhiên khi N ≥ 7, 
Nguyễn Thị Huế và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ĐHTN 200(07): 141 - 148 
145  Email: jst@tnu.edu.vn 
có thể thấy một cách rõ ràng rằng độ vuông 
của đường cong từ hóa giảm, từ trường bão 
hòa HS tăng, hình thành vùng đuôi nhọn ở 
cuối các đường cong từ hóa, cho thấy sự hình 
thành cấu trúc domain từ có dạng vòng/sọc 
gấp khúc (labyrinth/stripe domain) có 
moment từ vuông góc với mặt phẳng màng, 
và cơ chế đảo từ trong các màng có N ≥ 7 trở 
lên phức tạp, quá trình đảo từ khi đó gồm cả 
quá trình dịch chuyển và quay vách domain 
[35]. Cấu trúc domain loại này đã được biết 
đến và nghiên cứu rộng rãi trước đây ở các hệ 
vật liệu tương tự [35-37]. Nói cách khác, HC 
giảm chậm theo số lớp N trong khi HEB giảm 
rất nhanh từ 900 Oe xuống còn 150 Oe khi N 
tăng từ 1 đến 10, nguyên nhân là do khi N 
tăng, chiều dày tổng cộng của màng Co/Pd 
tăng dẫn đến chiều dài tương tác trao đổi giữa 
các lớp sắt từ Co/Pd và phản sắt từ IrMn tăng, 
khiến cho tương tác trao đổi FM/AFM giữa 
chúng giảm, vì vậy HEB giảm. 
Hình 3. (a) Đường cong từ hóa theo phương 
vuông góc của các mẫu trong hệ mẫu 1 và (b) Sự 
phụ thuộc của lực kháng từ HC (ô vuông đen), và 
trường trao đổi dịch HEB (hình tròn đỏ) vào số lớp 
N của màng đa lớp [Co/Pd] 
Hình 4(a) là các đường từ hóa theo phương 
vuông góc của các màng đa lớp 
[Co(tCo)/Pd]/IrMn trong hệ mẫu 2. Chiều dày 
của lớp Co thay đổi từ 0.3 nm tới 1.0 nm. Lớp 
Pd có chiều dày cố định là 1 nm và số lớp N 
trong các mẫu là 5. Khi chiều dày lớp Co 
trong khoảng tCo = 0.3–0.5 nm, các đường từ 
hóa có dạng vuông và quá trình đảo từ xảy ra 
đột ngột khi từ trường ngoài Hex=HC. HC giảm 
gần như tuyến tính khi tCo tăng từ 0.3-0.5 nm. 
Màng đa lớp Co/Pd thể hiện tính dị hướng 
vuông góc khi lớp Co đủ mỏng (vài lớp 
nguyên tử) bởi khi đó dị hướng từ bề mặt là 
lớn hơn dị hướng từ hình dạng, cũng như dị 
hướng từ tinh thể [38]. Nói cách khác khi 
chiều dày lớp Co tăng, dị hướng từ bề mặt có 
thể coi là không đổi trong khi dị hướng từ 
tinh thể tăng, dẫn đến sự suy giảm tính dị 
hướng theo phương vuông góc. Với các màng 
đa lớp có tCo ≥ 0.6 nm, có một sự suy giảm rõ 
rệt về độ vuông trong các đường từ hóa, điều 
này cho thấy dị hướng từ thể tích (theo 
phương song song với mặt phẳng mẫu) của 
các lớp Co dần trở lên trội hơn so với dị 
hướng từ bề mặt (dị hướng từ theo phương 
vuông góc với mặt phẳng mẫu) của các lớp 
tiếp giáp Co/Pd. Kết quả này hoàn toàn phù 
hợp với một số kết quả nghiên cứu đã được 
công bố trên hệ vật liệu này. Sự thay đổi hình 
dạng của đường cong từ hóa trong các mẫu có 
tCo ≥ 0.6 nm tương ứng với sự hình thành cấu 
trúc stripe domain có moment từ vuông góc 
với mặt phẳng màng, chỉ ra cơ chế đảo từ 
trong các màng có tCo ≥ 0.6 nm là phức tạp, 
bao gồm cả quá trình dịch chuyển và quay 
vách domain [35-37]. Giá trị HEB trong các 
mẫu này cũng giảm nhẹ theo chiều dày của 
lớp Co, thể hiện sự giảm tương tác trao đổi 
FM/AFM giữa màng đa lớp Co/Pd và lớp 
IrMn khi chiều dày màng tăng. 
Hệ mẫu 3 với lớp Co có chiều dày cố định 0.5 
nm trong khi lớp Pd có chiều dày thay đổi từ 
0.6 nm đến 2.0 nm. Các phép đo chỉ ra rằng 
lớp Pd dày 1.2 nm có HC cao nhất và HEB 
giảm khi chiều dày lớp Pd tăng, như trong 
Hình 5. 
Nguyễn Thị Huế và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ĐHTN 200(07): 141 - 148 
146  Email: jst@tnu.edu.vn 
Hình 4. (a) Đường cong từ hóa theo phương 
vuông góc của các mẫu trong hệ mẫu 2 và (b) Sự 
phụ thuộc của lực kháng từ HC (ô vuông đen), và 
trường trao đổi dịch HEB (hình tròn đỏ) vào chiều 
dày của lớp Co trong màng đa lớp [Co/Pd] 
Hình 5 là kết quả đo đường cong từ hóa theo 
phương vuông góc của các mẫu trong hệ mẫu 
3, với chiều dày của lớp Pd trong màng đa lớp 
[Co/Pd] thay đổi từ 0.6 đến 2 nm. Kết quả đo 
trên hình 5 chỉ ra rằng đường cong từ hóa của 
các mẫu theo phương vuông góc có dạng 
vuông, tương ứng với dị hướng từ vuông góc 
cao. Các mẫu với lớp Pd mỏng tPd ≤ 1.2 nm, 
HC tăng theo chiều dày của lớp Pd, điều này 
cũng phù hợp với các báo cáo trước đây, rằng 
với lớp Pd mỏng hơn lớp Co, dị hướng từ 
vuông góc là yếu, dị hướng từ vuông góc 
trong các màng đa lớp dạng này đạt giá trị lớn 
nhất khi chiều dày lớp kim loại lớn gấp 2 đến 
3 lần chiều dày lớp từ tính [39], tương ứng 
với chiều dày lớp Pd là trong khoảng từ 1.2-
1.5 nm trong nghiên cứu này. Khi lớp Pd tiếp 
tục tăng, tương tác trao đổi sắt từ giữa các lớp 
Co trở lên yếu đi, dẫn đến HC giảm. Trong hệ 
mẫu này, HEB giảm khi chiều dày lớp Pd tăng, 
điều này là do tương tác trao đổi FM/AFM từ 
trong mẫu giảm khi chiều dày tổng cộng của 
mẫu tăng. 
Hình 5. (a) Đường cong từ hóa theo phương 
vuông góc của các mẫu trong hệ mẫu 3 và (b) Sự 
phụ thuộc của lực kháng từ HC (ô vuông đen), và 
trường trao đổi dịch HEB (hình tròn đỏ) vào chiều 
dày của lớp Pd trong màng đa lớp [Co/Pd] 
4. Kết luận 
Các mẫu đã chế tạo có dị hướng từ vuông góc 
cao Keff=6.5×10
6
 erg/cm
3
, có HEB lớn ở nhiệt 
độ phòng (HEB lớn nhất đạt được là 1040 Oe). 
Độ lớn của trường trao đổi dịch HEB và lực 
kháng từ HC trong màng đa lớp [Co/Pd] gắn 
với lớp phản sắt từ IrMn, hoàn toàn có thể 
điều chỉnh được thông qua sự điều khiển các 
thông số cấu trúc trong màng đa lớp 
[Co/Pd]/IrMn như: i) số lớp N; ii) chiều dày 
của lớp Co (tCo); và iii) chiều dày của lớp Pd 
(tPd) trong màng đa lớp [Co/Pd]. Tính linh 
hoạt, dễ điều khiển dị hướng từ, trường trao 
đổi dịch trong các cấu trúc loại này mở ra các 
khả năng ứng dụng to lớn cho các linh kiện 
Spintronics thế hệ mới. 
Nguyễn Thị Huế và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ĐHTN 200(07): 141 - 148 
147  Email: jst@tnu.edu.vn 
5. Lời cám ơn 
Nhóm tác giả trân trọng cảm ơn sự trợ giúp 
kinh phí của Quỹ phát triển khoa học và công 
nghệ quốc gia NAFOSTED thông qua đề tài 
nghiên cứu cơ bản mã số 103.99-2015.83 và 
của Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt 
Nam thông qua đề tài HTQT với Nhật Bản mã 
số VAST.HTQT.NHATBAN.01/17-19. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. W.H. Meiklejohn and C.P. Bean, “New 
Magnetic Anisotropy”, Phys. Rev. T. 102, S. 5, pp. 
1413, 1956. 
[2]. W.H. Meiklejohn and C.P. Bean, “New 
Magnetic Anisotropy”, Phys. Rev. T. 105, S. 3, pp. 
904, 1957. 
[3]. J. Nogués, & I.K. Schuller, “Exchange bias”, 
J. Magn. Magn. Mater. T. 192, tr. 203–232, 1999. 
[4]. A.E. Berkowitz, & K. Takano, “Exchange 
anisotropy — a review”, J. Magn. Magn. Mater. 
T. 200, S. 1-3, pp. 552–570, 1999. 
[5]. S.S.P. Parkin, K.P. Roche, M.G. Samant, P.M. 
Rice, R.B. Beyers, R.E. Scheuerlein, E.J. 
O’Sullivan, S.L. Brown, J. Bucchigano, D.W. 
Abraham, Y. Lu, M. Rooks, P.L. Trouilloud, R.A. 
Wanner, and W.J. Gallagher, “Exchange-biased 
magnetic tunnel junctions and application to 
nonvolatile magnetic random access memory 
(invited)”, J. Appl. Phys. T. 85, S. 8, pp. 5828–
5833, 1999. 
[6]. P.P. Freitas, R. Ferreira, S. Cardoso, and F. 
Cardoso, “Magnetoresistive sensors”, J. Phys.: 
Condens. Matter. T.19, S. 16, pp.165221, 2007. 
[7]. B. Tudu, A. Tiwari, “Recent Developments in 
Perpendicular Magnetic Anisotropy Thin Films 
for Data Storage Applications”, Vacuum, No.146, 
pp. 329–341, 2017. 
[8]. R. Sbiaa, H. Meng, S.N. Piramanayagam, 
“Materials with perpendicular magnetic anisotropy 
for magnetic random access memory”, Phys. 
Status Solidi RRL—Rapid Res. Lett. T. 5, S. 12, 
pp. 413–419, 2011. 
[9]. S. Maat, K. Takano, S.S.P. Parkin, and E.E. 
Fullerton, “Perpendicular Exchange Bias of Co/Pt 
Multilayers”, Phys. Rev. Lett. T. 87, S. 8, pp. 
087202, 2001. 
[10]. O. Hellwig, S. Maat, J.B. Kortright, and E.E. 
Fullerton, “Magnetic reversal of perpendicularly-
biased Co/Pt multilayers”, Phys. Rev. B T. 
65,S.14, pp. 144418, 2002. 
[11]. Y. Liu and S. Adenwalla, “Closely linear 
temperature dependence of exchange bias and 
coercivity in out-of-plane exchange-biased 
[Pt/Co]3/NiO  (11  Å) multilayer”, J. Appl. Phys. 
T. 94, S. 2, pp. 1105, 2003 
[12]. J. Sort, B. Dieny, M. Fraune, C. Koenig, F. 
Lunnebach, B. Beschoten, G. Güntherodt, 
“Perpendicular exchange bias in 
antiferromagnetic-ferromagnetic nanostructures”, 
Appl. Phys. Lett. T. 84, S. 18, pp.3696-3698, 2004. 
[13]. T. Onoue, J. Kawaji, K. Kuramochi, T. Asahi, 
and T. Osaka, “Effect of underlayer on magnetic 
properties of Co/Pd multilayer perpendicular 
magnetic recording media”, J. Magn. Magn. Mater. 
T. 235, S.1-3, pp. 82-86, 2001. 
[14]. J.-B. Lee, G.-G. An, S.-M. Yang, H.-S. Park, 
W.-S. Chung & J.-P. Hong, “Thermally robust 
perpendicular Co/Pd-based synthetic 
antiferromagnetic coupling enabled by a W capping 
or buffer layer”, Sci. Rep. T. 6, pp. 21324, 2016. 
[15]. Sort, V. Baltz, F. Garcia, B. Rodmacq, and 
B. Dieny, “Tailoring perpendicular exchange bias 
in [Pt/Co]-IrMn multilayers”, Phys. Rev. B T. 71, 
S. 5, pp. 054411, 2005. 
[16]. F. Garcia, J. Sort, B. Rodmacq, S. Auffret, 
and B. Dieny, “Large anomalous enhancement of 
perpendicular exchange bias by introduction of a 
nonmagnetic spacer between the ferromagnetic 
and antiferromagnetic layers”, Appl. Phys. Lett. T. 
83, S. 17, pp. 3537, 2003. 
[17]. S. van. Dijken, J. Moritz, and J.M.D. Coey, 
“Correlation between perpendicular exchange bias 
and magnetic anisotropy in IrMn/[Co∕Pt]n and 
[Pt∕Co]n/IrMn multilayers”, J. Appl. Phys. T. 97, S. 
6, pp. 063907, 2005. 
[18]. P. F. Carcia, “Perpendicular magnetic anisotropy 
in Pd/Co and Pt/Co thin‐film layered structures”, J. 
App. Phys. T. 63,, S. 10, pp. 5066, 1988. 
[19]. C. W. Barton and T. Thomson, 
“Magnetisation reversal in anisotropy graded 
Co/Pd multilayers”, J. Appl. Phys. T. 118, S. 6, pp. 
063901, 2015. 
[20]. R. Law, R. Sbiaa, T. Liew, T.C. Chong, 
“Effects of Ta seed layer and annealing on 
magnetoresistance in CoFePd -based pseudo-spin-
valves with perpendicular anisotropy”, Appl. Phys. 
Lett. T. 91, S. 24, pp. 242504, 2007. 
[21]. T.Tahmasebi, S.N. Piramanayagam, R. 
Sbiaa, R. Law, T.C. Chong, “Effect of different 
seed layers on magnetic and transport properties of 
perpendicular anisotropic spin valves”, IEEE 
Trans. Magn. T. 46, S. 6, pp. 1933, 2010. 
[22]. H. Nemoto, H. Nakagawa, Y. Hosoe, 
“Dependence of Co/Pd Superlattice Properties on 
Pd Layer Thickness”, IEEE Trans. Magn. T. 39, S. 
5, pp. 2714-2716, 2003. 
Nguyễn Thị Huế và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ĐHTN 200(07): 141 - 148 
148  Email: jst@tnu.edu.vn 
[23]. H. J. Zhang, S. Yamamoto, Y. Fukaya, M. 
Maekawa, H. Li, A. Kawasuso, T. Seki, E. Saitoh 
& K. Takanashi, “Current-induced spin polarization 
on metal surfaces probed by spin-polarized positron 
beam”, Sci. Rep. T. 4, pp. 4844, 2014. 
[24]. M. Albert, M. Franchin, T. Fischbacher, G. 
Meier, H. Fangohr, “Domain wall motion in 
perpendicular anisotropy nanowires with edge 
roughness”, J. Phys.: Condens. Matter. T. 24, S. 2, 
pp. 024219, 2012. 
[25]. M. Y. Im, L. Bocklage, P. Fischer, G. Meier, 
“Direct observation of stochastic domain-wall 
depinning in magnetic nanowires”, Phys. Rev. 
Lett. T. 102, S. 14, pp. 147204, 2009 
[26]. M. T. Johnson, P. J. H. Bloemen, F. J. A. den 
Broeder, and J.J. de Vries, “Magnetic anisotropy 
in metallic multilayers”, Rep. Prog. Phys. T. 59, S. 
11, pp. 1409, 1996. 
[27]. G. Anderson, Y. Huai, and L. Miloslawsky, 
“CoFe/IrMn Exchange Biased Top, Bottom, and 
Dual Spin Valves”, J. Appl. Phys. T. 87, pp. 6989-
6991, 2000. 
[28]. M. Fecioru-Morariu, G. Guntherodt, M. 
Ruhrig, A. Lamperti, and B. Tanner, “Exchange 
coupling between an amorphous ferromagnet and 
a crystalline antiferromagnet”, J. Appl. Phys. T. 
102, S. 5, pp. 053911, 2007. 
[29]. Y. T. Chen, S. U. Jen, Y. D. Yao, J. M. Wu, 
J.H. Liao, and T.B. Wu, “Exchange biasing 
observed in the Co/Ir20Mn80 system”, J. Alloys 
Compd. T. 448, pp. 59, 2008. 
[30]. I. L. Castro, V. P. Nascimento, E. C. 
Passamani, A.Y. Takeuchi, C. Larica, M. Tafur, 
and F. Pelegrini, “The role of the (111) texture on 
the exchange bias and interlayer coupling effects 
observed in sputtered NiFe/IrMn/Co trilayers”, J. 
Appl. Phys. T. 113, S. 20, pp. 203903, 2013. 
[31]. C.W. Barton, T.J.A. Slater, R.M. Rowan-
Robinson, S.J. Haigh, D. Atkinson, and T. 
Thomson, J. Appl. Phys., 116, pp. 203903, 2014. 
[32]. M. Endo, S. Kanai, S. Ikeda, F. Matsukura, 
and H. Ohno, “Electric-field effects on thickness 
dependent magnetic anisotropy of sputtered 
MgO/Co40Fe40B20/Ta structures”, Appl. Phys. Lett. 
T. 96, S. 21, pp. 212503, 2010. 
[33]. D.-T. Ngo, Z.L. Meng, T. Tahmasebi, X. Yu, 
E. Thoeng, L.H. Yeo, A. Rusydi, G.C. Han, K.- L. 
Teo, “Interfacial tuning of perpendicular magnetic 
anisotropy and spin magnetic moment in CoFe/Pd 
multilayers”, J. Magn. Magn. Mater. T. 350, pp. 
42-46, 2014. 
[34]. W. S. Chung, S. M. Yang, T. W. Kim, J. P. 
Hong, “Ultrathin Co-O oxide layer-driven 
perpendicular magnetic anisotropy in a 
CoO/[Co/Pd]m multilayer matrix upon annealing”, 
Sci. Rep. T. 6, pp. 37503, 2016. 
[35]. T. N. Anh Nguyen, Y. Fang, V. Fallahi, N. 
Benatmane, S. M. Mohseni, R. K. Dumas, and 
Johan Åkerman, “[Co/Pd]–NiFe exchange springs 
with tunable magnetization tilt angle”, Appl. Phys. 
Lett. T. 98, S. 17, pp. 172502, 2011. 
[36]. O. Hellwig, T. Hauet, T. Thomson, E. 
Dobisz, J. D. RisnerJamtgaard, D. Yaney, B.D. 
Terris, and E.E. Fullerton, “Coercivity tuning in 
Co/Pd multilayer based bit patterned media”, 
Appl. Phys. Lett. T. 95, S. 23, pp. 232505, 2009. 
[37]. L. Tryputen, F. Guo, F. Liu, T. N. A. 
Nguyen, M. S. Mohseni, S. Chung, Y. Fang, J. 
Akerman, R. D. McMichael, and C. A. Ross, 
“Magnetic structure and anisotropy of 
[Co/Pd]5/NiFe multilayers”, Phys. Rev. B, T. 91, 
pp. 014407, 2015. 
[38]. P. S. Carcia, A. D. Meinhaldt and A. Suna, 
“Perpendicular magnetic anisotropy in Pd/Co thin 
film layered structures”, Appl. Phys. Lett., T. 47, 
S. 2, pp. 178, 1985. 
[39]. M. Robinson, Y. Au, J. W. Knepper, F. Y. 
Yang, R. Sooryakumar, “Magnetic imaging of 
layer-by-layer reversal in Co∕Pt multilayers with 
perpendicular anisotropy”, Phys. Rev. B T. 73, S. 
22, pp. 224422, 2006.