Tuning thermo-magnetic properties of dilute-ferromagnet multilayers using RKKY interaction

Abstract

We demonstrate a 20-fold enhancement in the strength of the RKKY interlayer exchange in dilute-ferromagnet/normal-metal multilayers by incorporating ultrathin Fe layers at the interfaces. Additionally, the resulting increase in the interface magnetic polarization profoundly affects the finite-size effects, sharpening the Curie transition of the multilayer, while allowing to separately tune its Curie temperature via intralayer magnetic dilution. These results should be useful for designing functional materials for applications in magneto-caloric micro-refrigeration and thermally-assisted spin-electronics.

Магнітні Нанокомпозити Для Новітніх Технічних Та Медичних Застосувань

“…Однак, на відміну від феромагнетиків (ФМ), які вже активно використовуються в сучасній наноелектроніці, наносистеми на основі антиферомагнетиків (АФМ) ще не мають широкого застосування. Причиною цього є складність керування поведінкою цих матеріалів, відсутність інформації про трансформацію їхніх властивостей при зменшенні розмірів до субмікронних, а також даних про особливості впливу на них сусідніх сильно магнітних шарів у складних композитних системах [15,16].…”

Inverse magnetocaloric effect in synthetic antiferromagnets

“…A large MCE was predicted for a system of macrospins (∼100 µ B ) embedded into a weakly magnetic matrix, amplified by the interparticle exchange [19,21]. Subsequent experiments on magnetic nano-composites [22,23] and RKKY-coupled superlattices [20] have indeed shown large isothermal entropy changes of up to ∆S max = -0.4 J/kg K in a field of 7 T. A conceptually different multilayer system, based on thermally controlled RKKY [30][31][32], showed a giant MCE of ∆S max = -1.4 J/kg K in fields as low as 10 mT [24]. The magneto-calorically active layer was a dilute ferromagnet undergoing an RKKY-induced magnetic phase transition on antiparallel-to-parallel magnetization switching in the system.…”

“…The demonstrated inverse MCE in RKKY-coupled multilayers has the potential for further enhancements via, e.g., increasing the J ie -to-J ratio by highpolarization magnetic doping at the F/N interfaces [32,41]. The ideal case would be full spin disordering in the structure on RKKY switching.…”