Автореферат (Исследование гранулированных и многослойных наногетероструктур на основе аморфных ферромагнитных сплавов и полупроводников методами магнитооптической спектроскопии)

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТимени М. В. ЛОМОНОСОВАФизический факультетНа правах рукописиБуравцова Виктория ЕвгеньевнаИССЛЕДОВАНИЕ ГРАНУЛИРОВАННЫХ И МНОГОСЛОЙНЫХНАНОГЕТЕРОСТРУКТУР НА ОСНОВЕ АМОРФНЫХФЕРРОМАГНИТНЫХ СПЛАВОВ И ПОЛУПРОВОДНИКОВМЕТОДАМИ МАГНИТООПТИЧЕСКОЙ СПЕКТРОСКОПИИСпециальность 01.04.11 – физика магнитных явленийАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание учёной степеникандидата физико-математических наукМосква – 2011Работа выполнена на кафедре общей физики физического факультета Московского государственного университета им.

М.В.Ломоносова.Научный руководитель :доктор физико-математических наук,профессор Е.А.ГаньшинаОфициальные оппоненты :доктор физико-математических наук,профессор А.С.Андреенкокандидат физико-математических наук,доцент А.Н.ЮрасовВедущая организация :Защита состоится «Институт радиотехники и электроникиим. В. А. Котельникова РАН, г. Фрязино» декабря 2011 года вчасов на заседании диссер-тационного совета К 501.001.02 Московского государственного университетаим. М.В.Ломоносова по адресу: 119899, ГСП , Москва, Воробьевы Горы, д.1,стр.

35, конференц-зал Центра коллективного пользования физического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова.АС диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультетаМГУ.Автореферат разослан « » ноября 2011 года.Ученый секретарьДиссертационного Совета Д-501.001.70доктор физико-математических наук,профессорГ.С.ПлотниковОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы.

В настоящее время исследование физических свойствнаноразмерных структур является одним из основных направлений физикиконденсированного состояния. Устойчивый интерес к наноструктурам обусловлен возможностью модификации и принципиального изменения свойствизвестных материалов при переходе в нанокристаллическое состояние. Созданные благодаря нанотехнологиям новые наноразмерные магнитные материалыпроявляют ряд уникальных свойств: гигантское магнитосопротивелние (ГМС),гигантский магнитный импеданс (ГМИ) [1], аномальный эффект Холла (АЭХ)[2], сильный магнитооптический (МО) отклик [3] и аномальные оптическиеэффекты [4].

Все эти явления открывают огромные перспективы, как для фундаментальных исследований, так и для многообещающих возможностей ихприменения.Объектом интенсивных экспериментальных и теоретических исследований является вопрос взаимного влияния состава и микроструктуры на магнитные, магнитооптические и магнитотранспортные свойства наногетероструктур.Несмотря на большое количество работ, до сих пор нет достаточной ясности впонимании процессов, сопровождающих структурную перестройку вещества,т.к. трудно предсказать свойства пленок, в которых значительную роль играютвзаимодействия наночастиц между собой, с матрицей и с подложкой, при влиянии размерных и поверхностных эффектов, накладываемых частицами, их границами и поверхностью пленок.В связи с этим актуальными оказываются экспериментальные методы,позволяющие получить представление о внутренней структуре таких материалов и особенностях магнитного взаимодействия в них.

Оптические и магнитооптические методы являются наиболее простыми, эффективными и информативными при исследовании наноструктур. Магнитооптические методы обладают рядом достоинств, главное из которых состоит в том, что в отличие от оптических, они чувствительны к спину электрона, что позволяет выделить, к какой1спиновой подзоне относится данный оптический переход. Магнитооптическиеметоды чувствительны к наличию магнитных неоднородностей, к изменениюформы и размера частиц, к их объемному распределению и к появлению новыхмагнитных фаз.Таким образом, детальные исследования магнитооптических свойств наногетероструктур в зависимости от состава и технологии получения необходимыдля понимания общих закономерностей формирования физических свойств наноструктур, что приведет к реализации практических задач, и в первую очередьдля конструирования материалов с заданными магнитными и МО параметрами, для разнообразных применений материалов в современных элементах памяти и интегральной оптики, в качестве управляемых элементов оптическихтрактов и магнитооптических устройств, в лазерной технике и т.д.Цель работы состояла в исследовании особенностей формирования магнитныхи магнитооптических свойств трех групп низкоразмерных материалов —нанокомпозитов ферромагнитный аморфный сплав – диэлектрик; многослойных магниторезистивных структур ферромагнетик–полупроводник, а такжесложных магнитополупроводниковых структур на основе гранулированногокомпозита и полупроводника.Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:1.исследование изменения магнитных и магнитооптических свойств многослойных пленок на основе Fe22Ni78 и SiC в зависимости от толщины и порядка следования слоев;2.анализ влияния толщины слоев и их соотношения на магнитные и магнитооптические свойства многослойных пленок аморфный ферромагнетикCo45Fe45Zr10 с прослойками полупроводника — гидрогенизированногоаморфного кремния;3.изучение влияния состава и технологических условий получения нанокомпозитов аморфный ферромагнетик-диэлектрик на их магнитные имагнитооптические свойства;24.исследование эволюции магнитных и магнитооптических свойств магнитополупроводниковых структур [(Co45Fe45Zr10)Z(Al2O3)100-Z/(α-Si:Н)]n в зависимости от концентрации Z ферромагнитной (ФМ) фазы в слоях композита и толщины образующих слоев.Достоверность полученных результатов обеспечена обоснованностью используемых в работе экспериментальных методов изучения магнитных и магнитооптических свойств наноструктур, детальным анализом физических явлений и процессов, определяющих эти свойства, а также корреляций результатов,полученных на различных образцах.

В значительной степени достоверностьполученных результатов подтверждается хорошим согласованием между экспериментально полученными данными по магнитооптическим свойствамструктур и данными, почерпнутыми из литературных источников, по структурным, магнитным и электротранспортным свойствам.Научная новизна результатов работы состоит в следующем:• Обнаружено, что кривые намагничивания и полярные диаграммы многослойных наногетероструктур Fe22Ni78/SiC/Fe22Ni78 в области малых магнитных полей сложным образом зависят как от толщины слоев ферромагнетика и полупроводника, так и от величины намагничивающего поля.Установлено, что наблюдаемые особенности связаны с интерфейснымиявлениями на границе раздела ферромагнетик–полупроводник.• Показано,чтоМОоткликмногослойнойпленки[(Co45Fe45Zr10)X/(a-Si)Y]n нелинейно зависит от толщины кремния.

Длягибридных магнитных структур, в которых и слой ферромагнетика, ислой полупроводника являются дискретными, наблюдается усиление МОотклика. Эволюция магнитооптических свойств исследованных структуробъясняется влиянием диффузного интерфейсного слоя на их микроструктуру.• Впервые исследована зависимость магнитооптических свойств массивных нанокомпозитов (Co45Fe45Zr10)Z(Al2O3)100-Z и композитов аналогичного химического состава, полученных послойным напылением, в зависи3мости от толщины напыляемого слоя.

Установлено, что микроструктурапослойно напыленных композитов существенно отличается от микроструктуры объемных нанокомпозитов, а порог перколяции смещается вобласть меньших значений содержания ФМ фазы.• Впервые проведено исследование магнитооптических свойств многослойныхструктурнанокомпозит–полупроводник[(Co45Fe45Zr10)Z(Al2O3)100-Z/(α-Si:Н)]n в широкой области толщин слоев иконцентраций Z магнитной фазы.

Установлена корреляция зависимостеймагнитных, магнитооптических и транспортных свойств наноструктур оттолщины Si. Показано, что в структурах нанокомпозит–полупроводниквведение тонкой прослойки Si (~ 2 нм) приводит к усилению эффективного магнитного взаимодействия между ФМ гранулами.•Впервые обнаружены аномалии зависимости магнитооптического отклика от приложенного магнитного поля для многослойных структур[(Co45Fe45Zr10)Z(Al2O3)100-Z/(α-Si:Н)]n, связанные с образованием на интерфейсеФМгранула–полупроводникновогокомпозита(Co45Fe45Zr10)(Si+силициды).Практическая ценность.

Результаты, полученные в диссертационной работесущественно расширяют представление о магнитооптических явлениях в наноструктурных материалах. Результаты исследований могут быть использованыдля развития технологий получения наноструктур необходимой конфигурациис заданными свойствами и для разработки новых материалов для спинтроники.Положения, выносимые на защиту• Аномальное поведение полевых и ориентационных зависимостей экваториального эффекта Керра и магнитных свойств многослойных пленок на основепермаллоя и карбида кремния, указывающие на сложный вид их магнитныхструктур и необходимость учета влияния немагнитной полупроводниковойпрослойки на характер взаимодействия ферромагнитных слоев.• Нелинейная зависимость величины экваториального эффекта Керра (ЭЭК)многослойных структур Co45Fe45Zr10/Si от толщины слоев полупроводника и4усиление МО отклика в гибридных структурах связаны с влиянием диффузного интерфейса ферромагнетик–полупроводник.• Микроструктура послойно напыленных композитов существенно отличаетсяот микроструктуры объемных нанокомпозитов, размер и форма гранул в нанокомпозите зависят от толщины напыляемого слоя.• Вмногослойныхструктурахнанокомпозит–полупроводник[(Co45Fe45Zr10)Z(Al2O3)100-Z/(α-Si:Н)]n МО отклик определяется конкуренциейвкладов от слоя композита и нового композита, образующегося на интерфейсе металлическая гранула – полупроводник, концентрация магнитной фазы вкотором зависит как от вида и размера гранул в композитном слое, так и скорости образования силицидов.Личный вклад автора.

Автором лично получена основная часть экспериментальных результатов: исследованы магнитооптические спектры, полевые, ориентационные зависимости экваториального эффекта Керра (ЭЭК) представленных образцов. Магнитные характеристики симметричных Fe22Ni78/SiC/Fe22Ni78и ассиметричных Fe22Ni78/Ti/Fe22Ni78/SiC наногетероструктур исследовалисьиндукционным методом в Инстиитуте Проблем Управления им.