Взаимосвязь состава, структуры и магнитных свойств в пленках Co-Ni-Fe и в системе Co-IrMn, страница 4

На вставке: гистерезисные кривые, полученныеметодомвибрационноймагнитометриидлядвухвзаимнопротивоположных направлений магнитного поля.антипараллельной ориентацией образца: 0 и 1800 оси лёгкого намагничиванияотносительно направления магнитного поля ВММ. Как видно из этого рисунка, за счётоднонаправленного обменного взаимодействия на интерфейсе Co/IrMn петляОбменное смещение HEB , Эсмещается в противоположные стороны для этих двух ориентаций.140TS-структура12010080604020BS-структура0-200501001502002500Температура отжига Tanneal , CРис. 6 Зависимость поля обменного смещения HEВ для TS- и BSструктур от температуры отжига.В разделе 4.2 обсуждается зависимость обменного смещения от температурыотжига (рис.

6). Видно, что обменное взаимодействие в TS-структурах типа Co/IrMn18появляетсяприTanneal=1500С.Т.е.приэтойтемпературеIrMn-слойначинаетмагнитоупорядочиваться, что выражается в появлении обменного взаимодействия наАФМ/ФМ границе. При Tanneal=2000С обменное взаимодействие достигает максимально- гозначения (HEB=133 Гс).

Дальнейшее увеличение температуры отжига приводит куменьшению взаимодействия АФМ и ФМ слоёв. Как уже отмечалось, эволюция магнитныхсвойств с отжигом BS-образцов с обратным чередованием слоёв (IrMn/Co) кардинальноотличается от наблюдаемой для TS-слоёв. В частности, угловая зависимость резонансногополя соответствует (5) с нулевым значением HEB во всём диапазоне исследованныхтемператур отжига (рис. 6).В разделе 4.3 приведены данные зависимости поля одноосной анизотропии HK ирезонансного поля для TS- и BS-структур в зависимости от температуры отжига.

Полеодноосной анизотропии HK до Tanneal=2000С изменяется несущественно в TS- и BSструктурах, но при Tanneal=2500С начинает возрастать. С увеличением температурыотжига происходит достаточно резкий рост резонансного поля Hr0=(ω/γ)2/(4πMs),характеризующего только ФМ слой.Раздел 4.4 посвящён обсуждению температуры блокировки и температурыНееля.

Стандартная методика установления обменного смещения состоит в нагреванииструктурыдотемпературы,превышающейтемпературуНееля(TN)дляантиферромагнитного слоя и ниже температуры Кюри для ферромагнитного (TС), ипоследующего охлаждения в присутствии магнитного поля, направленного вдольплоскости либо при осаждении плёнки, либо при её отжиге. В нашем случае обменноесмещение появляется в TS-структурах при Tanneal=1500C, что существенно меньшетемпературыНеелядляданногоантиферромагнетика.Природамагнитногоупорядочивания в тонких плёнках при Т<TN не ясна в полной мере. Установлено, чтотемпература блокировки TB, при которой или выше которой исчезает эффектобменного смещения в данной ФМ/АФМ- структуре может быть заметно ниже, чемтемпература Нееля, при которой исчезает антиферромагнитное упорядочивание вмассивном антиферромагнетике. В работе [5] показано, что зависимость TB оттолщины АФМ слоя, tAF, может быть выражена функцией, полученной в рамкахмоделинизкоразмерногомасштабирования,описывающейограничениекорреляционной длины при уменьшении размеров системы:ξTB (∞) − TB (t AF )= ( 0 )λ ,TB ( ∞ )t AF19(6)где ξ0 - корреляционная длина при Т=0 К.

Для IrMn в [5] получены следующиезначения параметров: ξ0=3.04 нм , λ=1.5 и TB(∞) =523 K (2500С).Предполагается, что значение TB(∞) равно значению TN для массивногоBантиферромагнетика. Из модели низкоразмерного масштабирования следует, чтоуменьшение TB связано с уменьшением TN при уменьшении толщины плёнки. Однако,это не доказано. Более того, имеются данные, полученные дифракцией нейтронов,правда для другой (Fe3O4/CoO) системы, свидетельствующие о росте TN (иуменьшении TB) с уменьшением толщины плёнки [6]. Эксперимент такого рода покаединственный, поэтому отвергать идею о синхронном снижении TB и TN в исследуемойBсистеме преждевременно.

Снижение TN в тонкоплёночном антиферромагнетике можетбыть причиной появления магнитоупорядоченности и, следовательно, обменногосмещения в нашем эксперименте, особенно если учесть наличие шероховатости,характерной для метода ИЛО, и соответственно, локальной вариации толщины плёнки.Снижение HEB при отжиге, начиная с некоторой температуры, наблюдалось внескольких работах и может быть следствием взаимной диффузии атомов Mn награнице ФМ/АФМ слоёв и по границам зёрен. Возрастание HK может бытьинтерпретировано также как начало достаточно активной атомной перестройки в ФМслое и атомного перемешивания на границе ФМ/АФМ, приводящих к выстраиваниюатомных пар в ФМ-слое с усилением одноосной анизотропии вдоль магнитного поляпри отжиге и ослаблению его намагниченности Ms благодаря перемешиванию слоёв наинтерфейсе.Различие в проявлении магнитных свойств в TS- и BS-структурах отмечалось иранее.

Во всех работах рост плёнок производился в присутствии магнитного поля,направленного вдоль поверхности подложки. Так в [7] были исследованы неотожжённые образцы IrMn/NiFe и найдено, что TS-структуры имеют более высокоеHEB. Это коррелировало с большим, чем в BS-структурах, размером зерна в АФМ итенденцией к эпитаксиальной когерентности на АФМ/ФМ-границе в TS-структурах.Результаты находят свое объяснение в модели [8], согласно которой АФМ-зёрна собъёмом, большим JKA/K, где JK – энергия обменного взаимодействия на интерфейсе,A - площадь поверхности АФМ-зерна в контакте с ФМ-плёнкой и K – константамагнитной анизотропии в АФМ-плёнке, являются антиферромагнитными и дают вкладвобменноесмещение.Зёрнажесобъёмом,суперпарамагнитными и не влияют на величину HEB.20меньшимkT/KявляютсяВ нашей интерпретации мы исходим из соответствия решёток осаждаемыхслоёв.

В TS-системе АФM-слой осаждается на слой Со и параметр несоответствия(a IrMn − a Co ) / a Co = 0.058 , в то время как в BS-системе параметр несоответствиярешёток(a IrMn2 − a Mo ) / a Mo = 0.16 .ЭтоприводиткростуАФМ-слояснанометровым размером зёрен в суперпарамагнитной области и с пренебрежимойкристаллической анизотропией в полном согласии с работой [7]. Очевидно,анизотропия не усиливается и при возможном росте зёрен при отжиге.ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫВ работе рассмотрена взаимосвязь состава, структуры и магнитных свойств вферромагнитныхтонкихплёнкахсплаваCo-Ni-Feивсистемеферромагнетик/антиферромагнетик Co/IrMn. Были получены следующие основныерезультаты:1. Развита технология электрохимического осаждения нанокристаллическихдвухфазных плёнок Co-Ni-Fe из раствора солей данных переходных элементовбез дополнитительных органических добавок.2.

Предложена удобная форма представления соотношения концентраций Co,Ni,Fe в виде среднего числа электронов на формульную единицу ne. Используя этопредставление, впервые обнаружены нелинейные зависимости первого ивторого порядка отношения концентраций гцк и оцк фаз в сплаве, параметроврешётки гцк- и оцк фракций, а также намагниченности насыщения отсоотношения концентраций сплава, т.е. от ne.

Эти нелинейности имеютскоррелированный характер. Нелинейность первого порядка соответствуетплавному росту параметров решётки с увеличением ne, по отношению к«идеальной» зависимости, следующей из закона Зена. Нелинейность второгопорядка имеет колоколообразный характер и приходится на область ne,соответствующую равнодолевому присутствию гцк и оцк фаз сплава Co-Ni-Fe.3. Впервые обнаружено превышение намагниченности насыщения по сравнению сзависимостью, следующей и диаграммы Слэтера-Полинга. Это превышениеможет быть связано с отмеченным выше относительным увеличениемпараметров решётки наноразмерных кристаллов.214. В исследованиях условий возникновения обменного смещения в системеФМ/АФМ было впервые установлено, что обменное смещение в системе с IrMnслоем, нанесённым на Co-слой, может быть инициировано путем отжига вмагнитном поле при температуре существенно ниже, чем температура Нееля длямассивных ферромагнетиков.

Возможное объяснение этому – уменьшение TNдля АФМ-плёнок с малой толщиной. Это приводит к локальному магнитномуупорядочиванию на участках пониженной толщины рельефной АФМ-плёнки.5. Установлено, что при одинаковых остальных параметрах осаждаемых слоёвизменение очерёдности нанесения слоёв Co и IrMn в многослойной структуреMo/Co/IrMn/Mo принципиально меняет способность системы к наведениюобменного смещения путем термического отжига. Предположительно, этосвязано с различной степенью несоответствия решёток Co/IrMn и Mo/IrMn,приводящей к существенно различной микроструктуре антиферромагнетикаIrMn.ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИA1.