Влияние слабой адсорбции на процессы перемагничивания аморфных ферромагнетиков

Московский государственный университетимени М.В. ЛомоносоваФизический факультетНа правах рукописиФЕДУЛОВА Татьяна СергеевнаВЛИЯНИЕ СЛАБОЙ АДСОРБЦИИ НА ПРОЦЕССЫПЕРЕМАГНИЧИВАНИЯ АМОРФНЫХФЕРРОМАГНЕТИКОВСпециальность 01.04.11 – физика магнитных явленийАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква, 2005Работа выполнена на кафедре магнетизма физического факультетаМосковского государственного университета им. М.В. ЛомоносоваНаучный руководительдоктор физико-математических наук,профессор В. Е.

ЗубовОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук,профессор Г. С. Плотниковкандидат физико-математических наук,доцент А. С. ТаблинВедущая организацияФизико-технический институт Уральскогоотделения РАН, г. ИжевскЗащита состоится “ 17 “ февраля 2005 года в 16-30 часов на заседаниидиссертационного совета К 501.001.02 в Московском государственномуниверситете им. М.В. Ломоносова по адресу: 119992 ГСП-2, г. Москва,Ленинские горы, МГУ, физический факультет, аудитория ЮФА .С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультетаМГУ им.

М. В. Ломоносова.Автореферат разослан “ 17 ” января 2005 года.Ученый секретарьДиссертационного Совета К 501.001.02,кандидат физико-математических наукИ. А. Никанорова2Актуальность темыИсследованиевлиянияповерхностинамагнитныесвойстваферромагнетиков активно ведется в течение последних десятилетий. Сфундаментальной точки зрения приповерхностная область магнетиковпредставляет интерес как объект пониженной размерности. В областипрактических приложений в настоящее время доминирует тенденция кминиатюризацииэлектронныхустройств,вчастностиустройствмагнитной электроники. А это, в свою очередь, неизбежно приводит кповышению относительного влияния приповерхностных слоев магнитныхэлементов на работу устройств в целом, вплоть до того, что их вкладстановится определяющим.Происходящие при внешних воздействиях атомные, ионные иэлектронные процессы в граничных фазах твердых тел могут существенновлиять на функционирование различных систем микро-, опто- иакустоэлектроники.Однимизнаиболееэффективныхвнешнихвоздействий на поверхность является адсорбция.

Как правило, энергиясвязи молекул с поверхностью при химической адсорбции велика, ивозврат к исходному состоянию может быть осуществлен лишь с помощьюжесткого воздействия: например, очистки с помощью каталитическихреакций, ионного травления, термической десорбции при высокихтемпературах, зачастую превышающих температуру плавления металла. Вряде случаев, например для тонких магнитных пленок или для аморфныхферромагнетиков, такое воздействие неизбежно изменяет структурные имагнитныехарактеристикиматериала.Вотличиеотхимическойадсорбции, слабая адсорбция, протекающая по механизму образованияводородных связей, часто обратима при комнатной температуре илинебольшом (на несколько десятков градусов Цельсия) нагреве, чтопозволяет вернуться к исходной поверхности, и, следовательно, получить3повторяемые экспериментальные результаты на одной и той жеповерхности исследуемого образца.Сфундаментальнойточкизренияпредставляетинтересисследование влияния адсорбции молекул воды и органических веществ,протекающей по механизму образования водородных связей, на свойстваферромагнитного материала, выяснение механизмов такого влияния истепени его воздействия на магнитные свойства ферромагнетика.

Влияниевнешней среды, а именно воздействие слабой адсорбции на магнитныесвойства ферромагнетиков – практически неизученная область в физикемагнитных явлений. В то же время, вода и органические веществанеизбежно присутствуют в окружающей атмосфере, контактируя ивзаимодействуя с поверхностью ферромагнетиков.С практической точки зрения интерес представляет изучениереальной поверхности ферромагнетиков, которая образуется в результатепребывания образца на воздухе. Атомные и электронные процессы нареальных поверхностях во многих случаях определяют функционированиеминиатюризированныхмагниторезистивныхмагниторезистивныхустройствголовокдатчиковмагнитнойсчитывания,магнитногополяэлектроники:тонкопленочныхимногихдругихэлементов современной техники.

Для магнитной записи с увеличениемплотности записи и снижением толщины рабочего слоя магнитной головкииносителярезковозрастаетвлияниеприповерхностногослояферромагнетика. Наличие адсорбционного слоя на реальной поверхностимагнитной ленты или магнитной головки может существенно ухудшитьхарактеристикимагнитнойзаписиивоспроизведения.Длятонкопленочных элементов изменение свойств поверхностной областиможет оказаться эквивалентным изменению свойств всего элемента. Таккак в настоящее время все большее количество ферромагнитныхмикроэлектронныхустройствизготавливаются4совместносполупроводниковыми схемами управления на одной подложке, тонестабильнаяработанеработоспособностипроблемыодноговсейвыясненияэлементаинтегральноймеханизмовможетсхемы.влияниястатьпричинойПоэтомурешениеслабойадсорбциинаповерхностные магнитные свойства явится ключом к управлениюстатическими и динамическими магнитными свойствами ферромагнетиковс помощью обратимой адсорбции.Цель работыЦелью данной работы было изучить влияние слабой адсорбции, незатрагивающей химической модификации поверхности, на магнитныесвойства магнитомягкого ферромагнетика.

Предполагалось, что такиеданные:-выявятвлияниеадсорбционныхпроцессовнасвойствамагнитомягкого ферромагнетика;-позволят выяснить механизмы влияния слабой адсорбции намагнитные свойства ферромагнитного материала;-дадут новую информацию, которую можно будет использовать дляуправления свойствами магнитомягких ферромагнитных материалов,а также для стабилизации работы конкретных технических устройствмагнитной микроэлектроники в условиях их взаимодействия сокружающей средой, то есть для поиска способов пассивацииповерхности ферромагнетика.Научная новизна1.Впервые проведены экспериментальные исследования влиянияслабой адсорбции различных газов (паров воды, метилового игептилового спиртов), протекающей по механизму образованияводородных связей, на процессы перемагничивания магнитомягкихаморфных ферромагнетиков на основе железа.52.Обнаружено, что под действием адсорбции молекул воды иметилового спирта релаксационная частота доменной границы внесколько раз уменьшается.

Эффект полностью обратим прикомнатной температуре.3.Впервые установлено, что под действием адсорбции молекул воды иметиловогоспиртавосприимчивостьуменьшаетсяаморфныхначальнаяферромагнетиков.статическаяЭффекттакжеполностью обратим при комнатной температуре.4.Впервые исследовано влияние адсорбции гептилового спирта намагнитомягкиеаморфныеферромагнетики.Обнаружено,чтоадсорбция молекул гептилового спирта на поверхности образцов неизменяет релаксационную частоту доменной границы и начальнуюстатическуюмагнитнуювосприимчивостьаморфныхферромагнетиков.

Однако, адсорбированные молекулы гептиловогоспирта блокируют действие на эти свойства молекул метанола.5.Предложена модель, объясняющая обнаруженные эффекты влиянияслабойадсорбции,протекающейпомеханизмуобразованияводородных связей, на процессы перемагничивания магнитомягкихаморфных ферромагнетиков.Практическая значимостьПрактическую ценность представляет обнаружение влияния слабойадсорбции на магнитные свойства магнитомягких материалов, а такжепостроениемодели,объясняющейобнаруженныеэффекты.Этирезультаты могут быть использованы при определении направлениясовершенствованиятехнологийизготовлениямагнитомягкихферромагнитных материалов.Понимание механизмов влияния слабой адсорбции на процессыперемагничивания магнитомягких ферромагнитных материалов позволяетсформулировать практические рекомендации для защиты устройств6магнитной микроэлектроники от негативного влияния окружающей среды,сопровождающегося ухудшением магнитных характеристик материала.Полученные данные также предлагают метод пассивации поверхноститаких материалов с помощью адсорбции крупных молекул.

Полученныерезультаты представляют интерес и для разработки метода диагностикикачества поверхности магнитомягких ферромагнетиков на основанииданных об их взаимодействии с молекулами воды и спиртов. Кроме того,полученные данные можно использовать для создания материалов смодифицированными магнитными характеристиками, используя для этогоконтролируемые газовые среды.Результаты, выносимые на защиту- Результаты экспериментов, в которых обнаружен эффект торможениядоменнойграницымагнитомягкогоферромагнетикавприповерхностной области под влиянием адсорбции молекул воды, атакже метилового спирта с образованием водородных связей.- Результатыэкспериментов,вкоторыхобнаруженоуменьшениеначальной статической магнитной восприимчивости магнитомягкогоферромагнетика под влиянием адсорбции с образованием водородныхсвязей.- Модель, объясняющая торможение доменной границы и изменениемагнитной восприимчивости формированием в результате слабойадсорбции дополнительных приповерхностных магнитных дефектов,возникающейпоявляющейсядеформациейповерхностиповерхностнойи,какперпендикулярнойследствие,магнитнойанизотропии.- Результаты экспериментов, в которых обнаружено, что адсорбциямолекул гептилового спирта блокирует поверхность магнитомягкогоферромагнетика от действия молекул метилового спирта; а такжепредложенный механизм обнаруженного эффекта.7Апробация работыРезультатыдиссертационнойработыдокладывалисьна6конференциях, в том числе 3 международных конференциях («MoscowInternational Symposium on Magnetism.