The magnetic and magnetotransport properties of Ni80Fe20/La0.7Sr0.3MnO3 (NiFe/LSMO) bilayers were investigated after bombarding the LSMO surface with low-energy Ar+ or O2+/Ar+ ion beams before the growth of the top NiFe layer. A variety of magnetic properties are revealed, including an asymmetric two-stepped hysteresis loop with an exchange bias loop shift, and alternatively, a symmetric two-stepped hysteresis loop with an enhanced coercivity. Polarized neutron reflectometry measurements provide details of the magnetic depth profile and interface layer magnetism at different temperatures. The LSMO surface modifications determine a complex magnetic and electric NiFe/LSMO interface having a strong effect on the magnetoresistance of the bilayer. Surface engineering based on ion beam bombardment is presented as a promising technique for optimizing the electronic and magnetic properties of NiFe/LSMO junctions for future device applications.
References
1.
J. M.
De Teresa
, A.
Barthelemy
, A.
Fert
, J. P.
Contour
, F.
Montaigne
, and P.
Seneor
, Science
286
, 507
(1999
). 2.
M.
Bowen
, M.
Bibes
, A.
Barthélémy
, J.-P.
Contour
, A.
Anane
, Y.
Lemaître
, and A.
Fert
, Appl. Phys. Lett.
82
, 233
(2003
). 3.
C.-S.
Park
, M.-H.
Hong
, and H.-H.
Park
, J. Ceram. Soc. Jpn.
122
, 608
(2014
). 4.
D.
Schumacher
, A.
Steffen
, J.
Voigt
, J.
Schubert
, T.
Brückel
, H.
Ambaye
, and V.
Lauter
, Phys. Rev. B
88
, 144427
(2013
). 5.
L.
Poggini
, S.
Ninova
, P.
Graziosi
, M.
Mannini
, V.
Lanzilotto
, B.
Cortigiani
, L.
Malavolti
, F.
Borgatti
, U.
Bardi
, F.
Totti
, I.
Bergenti
, V. A.
Dediu
, and R.
Sessoli
, J. Phys. Chem. C
118
, 13631
(2014
). 6.
A.
Vailionis
, H.
Boschker
, Z.
Liao
, J. R. A.
Smit
, G.
Rijnders
, M.
Huijben
, and G.
Koster
, Appl. Phys. Lett.
105
, 131906
(2014
). 7.
A.
Gupta
, G. Q.
Gong
, G.
Xiao
, P. R.
Duncombe
, P.
Lecoeur
, P.
Trouilloud
, Y. Y.
Wang
, V. P.
Dravid
, and J. Z.
Sun
, Phys. Rev. B
54
, R15629
(1996
). 8.
M. A.
López-Quintela
, L. E.
Hueso
, J.
Rivas
, and F.
Rivadulla
, Nanotechnology
14
, 212
(2003
). 9.
N.
Homonnay
, K. J.
ÓShea
, C.
Eisenschmidt
, M.
Wahler
, D. A.
MacLaren
, and G.
Schmidt
, ACS Appl. Mater. Interfaces
7
, 22196
(2015
). 10.
J. S.
Lee
, D. A.
Arena
, P.
Yu
, C. S.
Nelson
, R.
Fan
, C. J.
Kinane
, S.
Langridge
, M. D.
Rossell
, R.
Ramesh
, and C. C.
Kao
, Phys. Rev. Lett.
105
, 257204
(2010
). 11.
H.
Jalili
, J. W.
Han
, Y.
Kuru
, Z.
Cai
, and B.
Yildiz
, J. Phys. Chem. Lett.
2
, 801
(2011
). 12.
K.-W.
Lin
, R. J.
Gambino
, and L. H.
Lewis
, J. Appl. Phys.
93
, 6590
(2003
). 13.
K.-W.
Lin
, M.
Mirza
, C.
Shueh
, H.-R.
Huang
, H.-F.
Hsu
, and J. V.
Lierop
, Appl. Phys. Lett.
100
, 122409
(2012
). 14.
J.
van Lierop
, B. W.
Southern
, K. W.
Lin
, Z. Y.
Guo
, C. L.
Harland
, R. A.
Rosenberg
, and J. W.
Freeland
, Phys. Rev. B
76
, 224432
(2007
). 15.
D. L.
Cortie
, K. W.
Lin
, C.
Shueh
, H. F.
Hsu
, X. L.
Wang
, M.
James
, H.
Fritzsche
, S.
Brück
, and F.
Klose
, Phys. Rev. B
86
, 054408
(2012
). 16.
R. D.
Desautels
, C.
Shueh
, K.-W.
Lin
, J. W.
Freeland
, and J. V.
Lierop
, Appl. Phys. Lett.
108
, 172410
(2016
). 17.
G. L.
Causer
, P. K.
Manna
, C. C.
Chiu
, J.
van Lierop
, M.
Ionescu
, K. W.
Lin
, and F.
Klose
, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B
409
, 121
(2017
). 18.
J.
Zhang
, G. L.
Causer
, X.
Liu
, M.
Ionescu
, S.
Li
, K.-W.
Lin
, and F.
Klose
, J. Magn. Magn. Mater.
(submitted).19.
A.
Gambardella
, P.
Graziosi
, I.
Bergenti
, M.
Prezioso
, D.
Pullini
, S.
Milita
, F.
Biscarini
, and V. A.
Dediu
, Sci. Rep.
4
, 5353
(2014
). 20.
P.
Graziosi
, M.
Prezioso
, A.
Gambardella
, C.
Kitts
, R. K.
Rakshit
, A.
Riminucci
, I.
Bergenti
, F.
Borgatti
, C.
Pernechele
, M.
Solzi
, D.
Pullini
, D.
Busquets-Mataix
, and V. A.
Dediu
, Thin Solid Films
534
, 83
(2013
). 21.
S. J.
Callori
, K. H.
Chao
, G. L.
Causer
, B.
Nagy
, L. F.
Kiss
, A.
Sulyok
, L.
Bottyán
, K. W.
Lin
, and F.
Klose
, IEEE Magn. Lett.
8
, 1
(2017
). 22.
P. K.
Manna
, E.
Skoropata
, Y. W.
Ting
, K. W.
Lin
, J. W.
Freeland
, and J. V.
Lierop
, J. Phys.: Condens. Matter
28
, 486004
(2016
). 23.
H. C.
Su
, M. J.
Huang
, H. J.
Lin
, C. H.
Lee
, C. T.
Chen
, C. H.
Liu
, H. F.
Hsu
, K. W.
Lin
, and J.
van Lierop
, Phys. Rev. B
87
, 014402
(2013
). 24.
F. J. T.
Goncalves
, R. D.
Desautels
, S.
Su
, T.
Drysdale
, J. V.
Lierop
, K.-W.
Lin
, D. S.
Schmool
, and R. L.
Stamps
, AIP Adv.
5
, 067101
(2015
). 25.
M.
Prezioso
, A.
Riminucci
, P.
Graziosi
, I.
Bergenti
, R.
Rakshit
, R.
Cecchini
, A.
Vianelli
, F.
Borgatti
, N.
Haag
, M.
Willis
, A. J.
Drew
, W. P.
Gillin
, and V. A.
Dediu
, Adv. Mater.
25
, 534
(2013
). 26.
C. F.
Majkrzak
, Phys. B: Condens. Matter
173
, 75
(1991
). 27.
H.
Zabel
, Phys. B: Condens. Matter
198
, 156
(1994
). 28.
X.-L.
Zhou
and S.-H.
Chen
, Phys. Rep.
257
, 223
(1995
). 29.
D. L.
Cortie
, Y.-W.
Ting
, P.-S.
Chen
, X.
Tan
, K.-W.
Lin
, and F.
Klose
, J. Appl. Phys.
115
, 073901
(2014
). 30.
M.
James
, A.
Nelson
, S. A.
Holt
, T.
Saerbeck
, W. A.
Hamilton
, and F.
Klose
, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A
632
, 112
(2011
). 31.
T.
Saerbeck
, F.
Klose
, A. P. L.
Brun
, J.
Füzi
, A.
Brule
, A.
Nelson
, S. A.
Holt
, and M.
James
, Rev. Sci. Instrum.
83
, 081301
(2012
). 32.
Computer program SimulReflec, L. L. B. CEA/CNRS, France, 2007. Free software and description available at www-llb.cea.fr/prism/programs/simulreflec/simulreflec.html.
33.
M.
Prezioso
, A.
Riminucci
, I.
Bergenti
, P.
Graziosi
, D.
Brunel
, and V. A.
Dediu
, Adv. Mater.
23
, 1371
(2011
). 34.
P.
Yu
, X. F.
Jin
, J.
Kudrnovský
, D. S.
Wang
, and P.
Bruno
, Phys. Rev. B
77
, 054431
(2008
). 35.
A.
Ruotolo
, A.
Oropallo
, F. M.
Granozio
, G. P.
Pepe
, P.
Perna
, and U. S. D.
Uccio
, Appl. Phys. Lett.
88
, 252504
(2006
). 36.
H. M.
Yau
, Z. B.
Yan
, N. Y.
Chan
, K.
Au
, C. M.
Wong
, C. W.
Leung
, F. Y.
Zhang
, X. S.
Gao
, and J. Y.
Dai
, Sci. Rep.
5
, 12826
(2015
). 37.
See https://www.ncnr.nist.gov/resources/n-lengths/ for neutron scattering lengths and cross sections.
38.
C.
Ge
, K.-J.
Jin
, L.
Gu
, L.-C.
Peng
, Y.-S.
Hu
, H.-Z.
Guo
, H.-F.
Shi
, J.-K.
Li
, J.-O.
Wang
, X.-X.
Guo
, C.
Wang
, M.
He
, H.-B.
Lu
, and G.-Z.
Yang
, Adv. Mater. Interfaces
2
, 1500407
(2015
). © 2018 Author(s).
2018
Author(s)
You do not currently have access to this content.
