Диссертация (Магнитооптическое исследование магнитных свойств низкоразмерных тонкопленочных систем на основе железа и кобальта), страница 7

С этим процессом диссоциации конкурирует процесс рекомбинацииэлектрон-дырочной пары. Пара может рекомбинировать только в синглетноесостояние. В триплетном состоянии рекомбинация запрещена. Если же завремя жизни электрон-дырочной пары успевает произойти спиноваядинамика, то реализуются переходы между триплетным и синглетнымсостояниями. Это повлияет на вероятность образования носителей тока, что инаблюдалосьэкспериментально.Влияниемагнитногополянафотопроводимость было объяснено спиновой динамикой в электрондырочных парах. По существу, эта ситуация аналогична процессу распадамолекул на два радикала.Уже давно были сделаны интересные наблюдения, которые сейчасназывают спиновым катализом. Возможно, один из первых изученныхпримеров спинового катализа - это орто-пара (конверсия молекул водородапарамагнитными частицами). При столкновении с парамагнитной частицеймолекулаводородаоказываетсявнеоднородноммагнитномполе,создаваемом парамагнитной частицей.

Это поле, вообще говоря, разное в41месте нахождения разных протонов. В результате динамики спинов протоновв неоднородном поле суммарный спин двух протонов не сохраняется,происходят синглет-триплетные (орто-пара) переходы. Таким образом,парамагнитные частицы ускоряют (катализируют) конверсию водорода.Примеромспиновогокатализа являетсятакжетушениепозитронияпарамагнитными добавками [100].Перспективы использования влияния внешнего магнитного поля нахимические реакции1. Магнитный полевой эффект может найти технологическиеприменения в качестве способа управления химическими реакциями.Например, уже получены данные, которые указывают на возможностьуправлениямолекулярнымвесомполимерныхмолекулвпроцессеэмульсионной полимеризации с помощью магнитного поля.

Существуетперспектива магнитного контроля цепных радикальных реакций.2. Магнитный полевой эффект может применяться для изучениямеханизма химических реакций, для выяснения деталей элементарныххимических актов. Например, в молекулярной фотохимии важно знать, какоеиз электронно-возбужденных состояний молекулы участвует в элементарномакте.3.

Изучение магнитного полевого эффекта в химических реакцияхвызывает интерес с точки зрения магнитобиологии. Влияние магнитныхполей на живые организмы занимает людей давно. Специалисты в областимагнитобиологии с большим интересом воспринимают результаты спиновойхимии. Для иллюстрации можно привести один пример. Для объяснениямеханизманавигацииптицпрофессорИллинойскогоуниверситетаК. Шультен предложил модель магнитного контроля, основанную намеханизме анизотропного сверхтонкого взаимодействия.42С точки зрения выполняемых в данной диссертации исследованийнаиболее заслуживающим нашего внимания является следующий факт.Расширение функциональности магнитных систем связано с изучениемособенностей их свойств, в том числе магнитных, при различных внешнихвоздействиях.

Приведем несколько примеров.В работе [101] показано, что улучшить магнитомягкие свойстваэлектроосажденных пленок Fe-Ni, приготовленных в растворе лимоннойкислоты, можно путем изменения плотноститока в процессе ихизготовления. Показано, что увеличение плотности тока сопровождаетсяуменьшением коэрцитивной силы и размера зерен.Аналогичные исследования были выполнены в работе [102].Фактически было изучено влияние плотности тока на размер зеренникелевыхпокрытий,полученныхэлектролитическимосаждением.Показано, что нанокристаллическое никелевое магнитное покрытие сосредним размером зерен меньше, чем 30 нм, может быть получено приплотностях тока выше 50 мА/см2.Влияние температуры высококислотного электролита, из которогосинтезируются NiFe магнитомягкие пленки, на их физические свойства,такиекакморфологияповерхности,микроструктураивнутренниенапряжения, были изучены в работе [103].

Обнаружено, что NiFe пленкиимеют ГЦК микроструктуру, когда содержание Fe увеличивается до 49 %.Наиболее сильные пленочные напряжения существуют в образцах, имеющихсостав - Ni60Fe40. Минимальная коэрцитивная сила, равная 10 Э, наблюдаетсяв Ni80Fe20 пленках.В работе [104] показано, что уменьшения шероховатости поверхностии размера зерен в пленках NiFe/Cu можно достичь за счет приложениявысокочастотногомагнитногополяприихэлектроосаждениивгальваностатическом режиме.

Найдено, что наличие высокочастотного поля43в процессе изготовления образцов обуславливает уменьшение размера гранулот 490 – 575 нм до 90 – 150 нм, сопровождающееся уменьшениемкоэрцитивной силы.Влияние режима электронапыления на морфологию, толщину,шероховатость поверхности NiFe/Cu тонкопленочных систем было изучено вработе [105].Влияние состава электролита и его кислотности, а также температурыосаждения, плотности прикладываемого тока на морфологию и магнитныесвойства Fe-Ni пленок изучено в работе [106].Влияние температуры в процессе электронапыления на структурные имагнитные свойства нанокристаллических Ni-Fe-W-S тонких пленок былоисследовано в [107]. Было найдено, что полученные при температуреТ = 80оС образцы имеют более высокое значение намагниченности MS имагнитной индукции BS.Влияние состава и кислотности электролита на магнитные имеханические свойства получаемых путем электролитического осажденияCo–W покрытий изучено в работе [108].

Установлено, что увеличение pH от5 до 8 сопровождается увеличением количества вольфрама. Полученные втаком режиме покрытия имеют улучшенные механические и магнитныесвойства, пригодные для практических применений.Влияние состава и кислотности электролита на магнитные свойстваполучаемых путем электронапыления тонкопленочных систем изучено такжев работе [109].Наконец,неменееважнойпроблемойявляетсяизучениевзаимодействия магнитных систем с активными компонентами внешнейсреды. Повышающаяся насыщенность окружающей среды сильнымимагнитными полями требует понимания механизмов их влияния на44химические процессы, протекающие на поверхности магнитных материалов,а именно процессы магнитной коррозии. В связи с этим исследованиямагнитохимических явлений в тонкопленочных системах, обусловленныхпроцессами окисления/растворения при наличии магнитного поля, являютсяактуальными. Анализ этих процессов возможен путем химическоготравления тонкопленочных систем в магнитном поле с последующимизучением их физических свойств.Рассмотрим в качестве примера химическое травление пленки железав уксусной кислоте.

При этом на поверхности пленки железо может вступатьв реакции с образованием некоторых оксидов и оксалатов железа.Нормальный электродный потенциал железа в водных растворах его солейдля реакции Fe = Fe2+ + 2e составляет 0.44 В, а для реакции Fe = Fe3+ + 3eравен 0.036 В. Из этого следует, что образование оксида железа (III) будет напорядок меньше, чем оксида железа (II). Таким образом, на поверхностиплёнок железа будут протекать следующие реакции:1.Образование оксида железа III:4Fe + 3CH3COOH + 3H2O = 2Fe2O3 + 3CH3CH2OHОксид,имееторанжевыйокрас,обладаетслабовыраженнымиамфотерными свойствами, растворяется в кислотах с образованием солей.2.Образование смешанного оксида железа (магнетит):3Fe + 2CH3COOH + 2H2O = Fe3O4 + 2CH3CH2OHFe2O3*FeO – оксид черного цвета, обладает сильными магнитнымисвойствами.В данном случае идет реакция образования оксида на поверхностиплёнки и проявление рельефа в местах выхода полей рассеяния, гдепредположительно реакции протекают с большей скоростью.453.Образование оксалата железа.2Fe + 5CH3COOH = 2Fe(CH3COO)2 + СH3CH2OH +H2OОксалаты железа растворимы в воде.

В данном случае происходитрастравливание поверхности плёнки с образованием соответствующегорельефа и водорастворимых солей.Таким образом, при обработке плёнок железа в уксусной кислотеможно выделить следующие процессы, происходящие на поверхностиплёнки:1.рассеяния,Образование оксидов, которые нарастают в местах выхода полейобразуярельеф.Распределениецветовпобежалостинаповерхности плёнок зависит как от распределения окисла по толщине, так иот степени окисления железа.2.Вытравливаниеповерхностиплёнкисобразованиемводорастворимых оксалатов железа.Учитывая изложенное выше, в настоящей работе было проведеноисследование влияния химического травления на морфологию поверхности имагнитные характеристики FeN пленок и тонкопленочных систем на ихоснове при наличии магнитного поля разной величины и ориентацииотносительно поверхности образца.В заключении этого раздела следует еще раз подчеркнуть, что дляисследованиямагнитныхчувствительностьсвойствиспользуемыхТПМСметодик.необходимавысокаяМагнитооптическиеметодыисследования магнитных материалов являются высокочувствительными иинформативными,поскольку,нарядуспростотойиудобствомизмерительной техники, они позволяют изучать магнитные свойстватонкопленочных магнитных систем в широком интервале магнитных полей,а в случае необходимости и температур.46Глава 2.