We present a study of exchange bias in ferromagnet/antiferromagnet/ferromagnet (FM/AFM/FM) trilayers, with in-plane and out-plane easy axes. Using element-specific x-ray magnetic circular dichroism, we demonstrate that simultaneous in-plane and out-of-plane exchange bias can be induced using a single antiferromagnet and zero field cooling, whereas field cooling only induces exchange bias to the layer with easy axis parallel to the cooling field. Our results further evidence the presence of pinned uncompensated moments in both the FM and AFM layers, implying that the AFM layer is capable of supporting uncompensated spins in two orthogonal directions at the same time.
REFERENCES
1.
J.
Nogués
and I. K.
Schuller
, J. Magn. Magn. Mater.
192
, 203
(1999
).2.
S.
Parkin
, X.
Jiang
, C.
Kaiser
, A.
Panchula
, K.
Roche
, and M.
Samant
, Proc. IEEE
91
, 661
(2003
).3.
J.
Åkerman
, P.
Brown
, M.
DeHerrera
, M.
Durlam
, S.
Fuchs
, D.
Gajewski
, M.
Griswold
, J.
Janesky
, J. J.
Nahas
, and S.
Tehrani
, IEEE Trans. Device Mater. Reliab.
4
, 428
(2004
).4.
J.
Sort
, V.
Baltz
, F.
Garcia
, B.
Rodmacq
, and B.
Dieny
, Phys. Rev. B
71
, 054411
(2005
).5.
H.
Xing
, K.
Keshoju
, S. M.
Zhou
, L.
Sun
, J. Appl. Phys.
101
, 09E509
(2007
).6.
N. N.
Phuoc
and T.
Suzuki
, IEEE Trans. Magn.
44
, 2828
(2008
).7.
K. W.
Lin
, J. Y.
Guo
, S.
Kahwaji
, S. C.
Chang
, H.
Ouyang
, J.
van Lierop
, N. N.
Phuoc
, and T.
Suzuki
, Phys. Status Solidi A
204
, 3970
(2007
).8.
L.
Sun
and H.
Xing
, J. Appl. Phys.
104
, 043904
(2008
).9.
H. C.
Tong
, C.
Qian
, L.
Miloslavsky
, S.
Funada
, X.
Shi
, F.
Liu
, and S.
Dey
, J. Magn. Magn. Mater.
209
, 56
(2000
).10.
F. Y.
Yang
and C. L.
Chien
, Phys. Rev. Lett.
85
, 2597
(2000
).11.
R.
Morales
, Z. -P.
Li
, J.
Olamit
, K.
Liu
, J. M.
Alameda
, and I. K.
Schuller
, Phys. Rev. Lett.
102
, 097201
(2009
).12.
A.
Hoffmann
, M.
Grimsditch
, J. E.
Pearson
, J.
Nogués
, W. A.
Macedo
, and I. K.
Schuller
, Phys. Rev. B.
67
, 220406
(R) (2003
).13.
P.
Candeloro
, H.
Schultheiß
, H. T.
Nembach
, B.
Hillebrands
, S.
Trellenkamp
, C.
Dautermann
, and S.
Wolff
, Appl. Phys. Lett.
88
, 192510
(2006
).14.
J.
Camarero
, Y.
Pennec
, J.
Vogel
, M.
Bonfim
, S.
Pizzini
, F.
Ernult
, F.
Fettar
, F.
Garcia
, F.
Lançon
, L.
Billard
, B.
Dieny
, A.
Tagliaferri
, and N. B.
Brookes
, Phys. Rev. Lett.
91
, 027201
(2003
).15.
A.
Baruth
, D. J.
Keavney
, J. D.
Burton
, K.
Janicka
, E. Y.
Tsymbal
, L.
Yuan
, S. H.
Liou
, and S.
Adenwalla
, Phys. Rev. B
74
, 054419
(2006
).16.
A.
Baruth
and S.
Adenwalla
, Phys. Rev. B
78
, 174407
(2008
).17.
D.
Houssameddine
, U.
Ebels
, B.
Delaet
, B.
Rodmacq
, I.
Firastrau
, F.
Ponthenier
, M.
Brunet
, C.
Thirion
, J. P.
Michel
, L. D.
Prejbeanu-Buda
, M. C.
Cyrille
, O.
Redon
, and B.
Dieny
, Nature. Mater.
6
, 447
(2007
).18.
R.
Sbiaa
and S. N.
Piramanayagam
, J. Magn. Magn. Mater.
(to be published).19.
L.
Sun
, P. C.
Searson
, and C. L.
Chien
, Phys. Rev. B
71
, 012417
(2005
).20.
J. Y.
Hwang
, S. S.
Kim
, and J. R.
Rhee
, J. Magn. Magn. Mater.
310
, 1943
(2007
).21.
E.
Jiménez
, J.
Camarero
, J.
Sort
, J.
Nogués
, N.
Mikuszeit
, A.
Hoffmann
, J. M.
García-Martín
, B.
Dieny
, and R.
Miranda
, Phys. Rev. B
80
, 014415
(2009
).22.
Z. Y.
Liu
, J. L.
He
, D. L.
Yu
, Y. J.
Tian
, G. H.
Yu
, and Y.
Jiang
, J. Magn. Magn. Mater.
309
, 176
(2007
).23.
24.
P.
Miltényi
, M.
Gierlings
, M.
Bamming
, U.
May
, G.
Güntherodt
, J.
Nogués
, M.
Gruyters
, C.
Leighton
, and I. K.
Schuller
, Appl. Phys. Lett.
75
, 2304
(1999
).25.
K.
Takano
, R. H.
Kodama
, A. E.
Berkowitz
, W.
Cao
, and G.
Thomas
, Phys. Rev. Lett.
79
, 1130
(1997
).26.
H.
Ohldag
, A.
Scholl
, F.
Nolting
, E.
Arenholz
, S.
Maat
, A. T.
Young
, M.
Carey
, and J.
Stöhr
, Phys. Rev. Lett.
91
, 017203
(2003
).27.
S.
Brück
, G.
Schütz
, E.
Goering
, X. S.
Ji
, and K. M.
Krishnan
, Phys. Rev. Lett.
101
, 126402
(2008
).28.
J.
Camarero
, Y.
Pennec
, J.
Vogel
, S.
Pizzini
, M.
Cartier
, F.
Fettar
, F.
Ernult
, A.
Tagliaferri
, N. B.
Brookes
, and B.
Dieny
, Phys. Rev. B.
67
, 020413
(R) (2003
).29.
We note that in-plane hysteresis loops of field-cooled IrMn(8 nm)/NiFe(2.6 nm) bilayers measured by SQUID also show vertical shifts of the order of .
30.
M. R.
Fitzsimmons
, B. J.
Kirby
, S.
Roy
, Z. P.
Li
, I. V.
Roshchin
, S. K.
Sinha
, and I. K.
Schuller
, Phys. Rev. B
75
, 214412
(2007
).31.
J.
Nogués
, C.
Leighton
, and I. K.
Schuller
, Phys. Rev. B
61
, 1315
(2000
).32.
J.
Nogués
, T. J.
Moran
, D.
Lederman
, I. K.
Schuller
, and K. V.
Rao
, Phys. Rev. B
59
, 6984
(1999
).© 2009 American Institute of Physics.
2009
American Institute of Physics
You do not currently have access to this content.