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Spin-dependent transport in cobalt nanocontacts

Sarau, George

The magnetoresistance response of cobalt nanocontacts with varying geometries formed between two extended electrodes has been experimentally investigated and linked to micromagnetic simulations. The contribution of the nanoconstriction to the measured magnetoresistance signal has been separated from that of the electrode bulk. The different nanocontact geometries exhibit different shape anisotropies resulting in a characteristic behavior of the magnetization at each nanocontact. The magnetization reversal processes are explained on the basis of the anisotropic magnetoresistance and domain wall scattering effects. The domain wall resistance takes positive values, which is in agreement with models based on the spin mistracking inside the domain wall. The 4 K MR measurements are found to be influenced by the exchange bias effect between the ferromagnetic cobalt electrodes and the antiferromagnetic oxidized Co surface. When cooling down in an applied magnetic field, the uniform biased Co layer behaves as if it possesses a unidirectional anisotropy axis along the field cooling direction. In the zero field cooling case, the exchange bias varies locally throughout the sample giving rise to non-reproducible successive MR traces.

Der Magnetowiderstand von Cobaltnanokontakten mit unterschiedlichen Geometrien zwischen zwei breiten Elektroden wurde experimentell untersucht und mit den Ergebnissen von mikromagnetischen Simulationen verglichen. Dabei konnte der Beitrag der Nanokontraktion zum gemessenen Magnetowiderstand von dem der Elektrode getrennt werden. Die verschiedenen Nanokontakt-Geometrien zeigen verschiedene Formanisotropien und führen zu einem charakteristischen Magnetisierungsverhalten der Nanokontakte. Die Umkehrprozesse der Magnetisierung werden mit Hilfe des anisotropen Magnetowiderstandes und der Domänenwandbildung erklärt. Der Domänenwand-Widerstand zeigt in Übereinstimmung mit den Modellen auf Basis von Spinfehlleitung innerhalb der Domänenwände positive Werte. Die 4 K Magnetowiderstands-Messungen wurden vom Exchange Bias Effekt zwischen den ferromagnetischen Cobalt-Elektroden und der antiferromagnetischen oxidierten Co Oberfläche beeinflusst. Beim Kühlen im angelegten Magnetfeld verhält sich die gleichmäßig biased Co Schicht wie eine Schicht mit unidirektionaler Anisotropieachse entlang des Einkühlfeldes. Bei feldlosem Kühlen variiert der Exchange Bias lokal über die gesamte Probe und erzeugt nicht reproduzierbare sukzessive Magnetowiderstands-Kurven.

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Sarau, George: Spin-dependent transport in cobalt nanocontacts. 2008.

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