Автореферат (Магнитные свойства и локальные состояния ионов Fe в магнитных сверхрешетках на основе Fe-Co-Mo), страница 2

1. Получение МСР Fe/Co/Mo с различными толщинами слоев и с различным порядком напыления методом катодного распыления в разряде с осциллирующими электронами.

2. Проведение комплексных исследований магнитных свойств этих МСР, а также исследование влияния толщин слоев Co, Fe и Mo и порядка их чередования на их магнитные характеристики и эффективную константу магнитной анизотропии.

3. Установление зарядового и спинового состояний ионов Fe и Со в МСР с помощью исследования спектров ЯГР на ядрах и спектрах ЭСР исследуемых образцов МСР Fe/Co/Mo и исследований их температурной зависимости намагниченности.

4. Выяснение механизмов обменных взаимодействий и состояний ионов Fe и Со в магнитных слоях и интерфейсах для возможности получения высоких значений констант магнитной анизотропии.

Положения, выносимые на защиту:

1. Зависимости спонтанной и остаточной намагниченности от толщины слоёв молибдена для образцов [Fe(10Å)Co(7,8Å)Mo(xÅ)]x100; x=(4.7-26) носят осцилляционный характер с периодом порядка 5Å. Эти осцилляции могут быть обусловлены вариациями обменных взаимодействий в соответствии с механизмами РККИ.

2. Зависимости спонтанной и остаточной намагниченности от толщины слоёв железа и кобальта для образцов [Fe(10Å)Co(xÅ)Mo(12Å)]*100; x=(4-36) и [Fe(xÅ)Co(21Å)Mo(12Å)]*100; x=(4-24) носят осцилляционный характер с периодом порядка 6Å. Это может быть обусловлено существованием интерференционных эффектов электронных волн в интерфейсах и спейсерах, которые приводят к образованию квантовых ям.

3. Большие величины спонтанной намагниченности Iso>1710Гс в некоторых МСР на основе Fe/Co/Mo, которые могут быть обусловлены: а) изменением плотности состояний на уровне Ферми для атомов Fe и Со на поверхностях кластеров и интерфейсов, б) размораживанием орбитальных моментов Fe и Со в кластерах и на поверхностях интерфейсов, в) вклад в суммарную намагниченность могут вносить также магнитные моменты ионов Mo, для которых в силу большого спин-орбитального взаимодействия частично снимается орбитальное вырождение.

6. Наличие в исследованных образцах высокоспиновых и низкоспиновых состояний ионов Fe [ ; ], по-видимому обусловленных существованием кластерных ионных молекулярных комплексов типа, , , n=1;4, m=4;6, которые могут обуславливать:

а) большие величины спонтанной намагниченности МСР Fe/Co/Mo.

б) большие значения эффективных констант анизотропии, достигающие Эрг/см³.

7. Магнитное поведение исследуемых образцов МСР на основе Fe/Co/Mo, полученных в разряде с осциллирующими электронами в атмосфере Kr, свидетельствует о том, что при комнатной температуре они ведут себя как молекулярные магниты.

Научная новизна работы.

Впервые были синтезированы и исследованы МСР Fe/Co/Mo, в которых существуют кластерные ионные молекулярные комплексы типа , , n=1;4, m=4;6, . Проведенные исследования расширяют существующие представления о наноструктурных кластерных образованиях, состоящих из кластеров переходных элементов

Достоверность результатов.

Результаты, представленные в диссертации, получены в экспериментах, проведенных на современном научном оборудовании, с использованием статистических методов обработки экспериментальных данных. Достоверность полученных результатов обеспечивалась набором взаимодополняющих экспериментальных методик и воспроизводимостью получаемых результатов. Результаты исследований опубликованы в реферируемых журналах и апробированы на специализированных международных конференциях

Практическая значимость работы.

Исследования подобного рода интересны с практической точки зрения, так как существуют предпосылки создания устройств спинтроники на основе данных материалов. Высокие значения намагниченности и эффективной константы магнитной анизотропии некоторых образцов МСР Fe/Co/Mo при комнатной температуре позволяют рассматривать их как возможные эффективные функциональные элементы спинтроники.

Методика синтеза МСР на подложке в катодном разряде с осциллирующими электронами является перспективным методом получения наноструктурных ионно-молекулярных комплексов с малым количеством атомов с возможностью получать многофункциональные магнитные материалы на основе переходных элементов с возможностью контролировать и изменять их свойства, меняя материалы катода, подложки и параметры разряда.

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы были представлены в виде устных и стендовых докладов на российских и международных конференциях (труды и тезисы которых опубликованы в соответствующих сборниках):

школа-семинар «Новые магнитные материалы микроэлектроники» (НМММ-20) 12 июня – 16 июня 2006 г., Москва.

XXI Международная конференции «Новое в магнетизме и магнитных материалах» (НМММ-XXI) – Москва, 28 июня-4 июля 2009 г.,

Московский международный симпозиум по магнетизму (MISM-2011), 21-25 августа 2011 г.,

XXII Международная конференции «Новое в магнетизме и магнитных материалах» (НМММ-XXI) – Астрахань 17–21 сентября 2012 г

Donostia International Conference on Nanoscaled Magnetism and Applications (DICNMA) Spain 9-13, 2013.

Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 6 работ, из них 3 в российских и зарубежных реферируемых журналах, список которых приведен в конце автореферата.

Личный вклад автора.

Личный вклад автора в диссертационную работу заключается в постановке и обосновании задач исследования магнитных свойств и состояний ионов Fe в магнитных сверхрешетках на основе Fe/Co/Mo, в получении образцов, в проведении расчетов и выполнении экспериментов, а также в обсуждении и интерпретации полученных результатов.

Все результаты, представленные в работе, получены либо лично автором, либо при его непосредственном участии.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, трех глав с основными результатами и выводами, списка литературы из 131 наименований. Общий объем работы составляет 165 страниц, них 145 страниц текста, включая 68 рисунков и 6 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы, сформулированы цели и основные положения диссертационной работы, выносимые на защиту. Также отмечены: научная новизна, практическая и научная значимость полученных результатов. Приведены сведения о структуре и содержании диссертации.

В первой главе дан обзор основных структурных и магнитных свойств двойных систем Fe/Mo, Co/Fe, Co/Mo. В первом разделе рассматриваются магнитные свойства бинарных сверхрешеток Mo/Fe и Fe/Mo. В них обнаружены осцилляционные зависимости намагниченности насыщения от толщин слоев Mo с периодами 5-11Å, что связывается с наличием косвенных обменных взаимодействий типа РККИ между слоями Fe, разделенными тонкими слоями Mo. Во втором разделе рассматриваются магнитные свойства бинарных сверхрешеток Fe/Co, которые сочетают в себе высокие значения спонтанной намагниченности магнито-мягких слоев Fe с большой анизотропией магнито-жестких слоев Co, что выражается в одноосной магнитной анизотропии.

В четвертом разделе изложены основные представления о суперпарамагнетных свойствах наночастиц Fe, Co и МСР Fe/Co. Помимо этого, представлен краткий обзор работ, посвященных явлению спинового кроссовера.

Во второй главе описываются методы получения и экспериментального исследования образцов МСР. В разделе 2.1 приводится описание особенностей роста и осаждения сверхрешеток. В разделе 2.2 рассмотрены физические процессы, происходящие в разряде Пеннинга, также приведены результаты исследований с помощью обратного Резерфордовского рассеяния протонов высоких энергий, подтвердивших наличие криптона в исследуемых образцах. В разделе 2.3 описывается структура слюды, которая была использована в качестве подложки МСР, а также ее роль в формировании структуры напыляемых пленок. В разделе 2.4 изложена методика получения образцов с помощью катодного разряда с осциллирующими электронами. Синтез МСР ведется методом катодного распыления в разряде Пеннинга, при котором поток электронов осциллирует между двумя противоположно расположенными катодами-мишенями из распыляемых металлов. Предварительный вакуум в разрядном пространстве составлял (~ торр), разряд происходил при давлении инертного рабочего газа Kr (~ торр ). Напыление сверхрешеток Fe/Co/Mo проводилось на подложку из слюды с симметрично расположенных катодов в постоянном магнитном поле H = 320Э при постоянном анодном напряжении V_a = 2 кВ. Были синтезированы следующие серии образцов:

1. [Fe(10Å)Co(7,8Å)Mo(xÅ)]*100, x=4.7,6.8,10,12,14,16,18,20,23,26

2. [Fe(10Å)Co(xÅ)Mo(12Å)]*100, x=4,6,10,12,14,16,18,21,24,27,30,33,36

3. [Fe(xÅ)Co(21Å)Mo(12Å)] *100, x=4,6,8,10,12,14,16,18,21,24

4. [Fe(xÅ)Mo(12 Å)Co(21Å)]*100, x=12,14,16,18,21

5. [Mo(12 Å)Co(21 Å)Fe(xÅ)]*100, x=4,6,8,10,12,14,16,18,24

В разделе 2.5 описаны особенности проведения измерений с помощью вибрационной магнитометрии. В разделе 2.6 рассмотрены мессбауэровская спектроскопия и методика обработки спектров ЯГР. Математическая обработка спектров эффекта Мессбауэра проводилась с помощью программы pcmos II экспериментальных ЯГР-спектров с помощью функции распределения плотности вероятности сверхтонких полей на ядрах ⁵⁷Fe и представления каждого секстета поглощения как гаусcовского пика в этом распределении, причем форма линий аппроксимировалась с помощью распределения Фойгта. В разделе 2.7 Описан метод магнитно-силовой микроскопии для исследования структуры поверхности образцов.

Третья глава состоит из четырех разделов, посвященных результатам исследований структурных и магнитных свойств МСР на основе Fe/Co/Mo, а также локальных состояний ионов Fe в них. В первом разделе представлены результаты исследования поверхности образцов. Исследования структуры поверхности образцов с помощью сканирующего зондового микроскопа Solver PRO НТ-МДТ (ЦКП Физический факультет) показали, что поверхность образцов представляет собой островковую структуру, островки имеют эллиптическую форму (вытянуты вдоль направления поля напыления). Характерные размеры мелких островков примерно 400*1200 Å, также есть крупные образования 6000*4000 Å.