Magneto-optical ellipsometry and magnetometry of thin films and multilayers

Abstract

El objetivo principal de esta tesis ha sido desarrollar el campo de la elipsometría magneto-óptica aplicada a la metrología de películas delgadas y sistemas multicapa de carácter magnético. Para ello, se ha utilizado la técnica generalized magneto-optical ellipsometry (GME). Dicha herramienta puede caracterizar el tensor dieléctrico completo de tales sistemas, que a su vez permite determinar en gran detalle la configuración tridimensional de la magnetización, así como extraer los parámetros ópticos y magneto-ópticos. En la primera parte de la tesis, se introduce la técnica aplicada a procesos de inversión de la magnetización en sistemas de láminas delgadas y se estudia su optimización. En la segunda parte se investigan sistemas de láminas magnéticas que muestran propiedades dieléctricas anisotrópicas. Por un lado, se demuestra la influencia del estado de deformación en las propiedades ópticas y magneto-ópticas en láminas delgadas epitaxiales. Por otro lado, se encuentra que las propiedades dieléctricas de láminas de permalloy (Ni80Fe20) con patrones unidimensionales dependen directamente de su profundidad topográfica. En ambos casos, profundizamos en la figura de la anisotropía magneto-óptica, un efecto comúnmente ignorado y que sin embargo puede llevar a cometer errores en la interpretación de experimentos magneto-ópticos. Finalmente, se ha aplicado la técnica GME al estudio de multicapas de Co/Ag/Co en los que el grosor de la capa intermedia de Ag varía continuamente entre 0.3-3 nanómetros. Este detallado estudio ha permitido hallar un nuevo tipo de acoplamiento magnético anómalo entre las capas ferromagnéticas de Co que tiene su origen en la interacción de Dzyaloshinskii-Moriya.