Исследование магнитных свойств микро- и нанонеоднородных систем (1097561), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Установлено, что факторами, влияющими навоспроизводимостьрезультатов,оказываются:неоднородностьобразца,частичнаякристаллизация в процессе напыления, изменение состава пленки по сравнению с мишенью,трудность выдержки температурного режима подложки в процессе изготовления образцов.Для нанокристаллических сплавов удалось достичь значений магнитных параметров,лучших, чем у аморфных сплавов и пермаллоя. Нанокристаллическое состояние достигалосьотжигом предварительно напыленных аморфных пленок при температурах в диапазоне 400600 °С. Следует отметить высокую чувствительность магнитных параметров к режимуотжига.
Как правило, хорошие магнитные свойства достигались при температурах отжига,меньших, чем приводятся в литературе. Даже небольшой перегрев приводил кзначительному повышению коэрцитивной силы (до 10 Э и более). Тем не менее, для этихсплавов хорошей воспроизводимости результатов, как и для аморфных сплавов, добиться не- 18 -удалось. Однако, по совокупности свойств нанокристаллические сплавы представляютсянаиболее перспективными, так как они обладают наряду с магнитномягкостью высокимэлектросопротивлением и низкой магнитострикцией.
В процессе исследований былообнаружено, что магнитостатические свойства полосков существенно отличаются от свойствдисков, приготовленных в одном технологическом цикле. Оказалось также, что ширинаполоска также влияет на магнитные свойства. Как правило, коэрцитивная сила полосковоказывается выше, чем у дисков. По-видимому, это связано с влиянием границ, в областикоторыхвозможноискажениеструктурыиобразованиедефектов.Вобразцах,приготовленных по масочной технологии, коэрцитивная сила оказалась выше, чем у200Намагниченность, отн.ед.150100500-50-100-150-200-10-2001020Магнитное поле, ЭРис.
8. Обратная петля гистерезиса для пермаллояобразцов, сформированных методом фотолитографии, что подтверждает сделанный вывод.Поскольку для импедансных приложений требуются многослойные образцы, былиисследованыдвух-итрехслойныесистемытипа:ферромагнетик / немагнитныйпроводник / ферромагнетик, который впоследствии получил название ГМИ сэндвич инапоминаетизвестныйвспинтроникеспин-вентильныйсэндвич,ферромагнетик / немагнитный проводник.
В качестве проводников использовались медные иалюминиевые слои с толщиной, сравнимой с толщиной магнитного слоя. В качествематериала ферромагнитного слоя использовался пермаллой или аморфный материал.Магнитные параметры слоя, нанесенного на проводник, оказываются существенно хуже, чемпри нанесении на подложку. Это приводит к появлению перетянутых петель гистерезиса, вотдельных случаях наблюдается обратный ход частных петель гистерезиса (см. Рис. 8).Инверсный характер оказался характерным для частных циклов – при увеличенииполя до нескольких сотен эрстед петля гистерезиса приобретает нормальный вид.
Такимобразом,можноутверждать,чтовмногослойныхструктурахформируетсявысококоэрцитивная магнитная фаза, связанная, скорее всего, с взаимодействиями на- 19 -границах проводник / ферромагнетик. В процессе исследований было также установлено, чтопленки на основе файнмета наиболее стабильны во времени и сохраняют свои свойстванеизменными, по крайней мере, в течение года. При отработке технологии формированияслоев пермаллоя с малыми значениями коэрцитивной силы было показано, что состав иструктура подложки (ситалл, стекло, окись кремния, кремний, алюминий) слабо влияют намагнитостатические характеристики создаваемых пленок.Во втором параграфе обсуждается связь магнитоимпедансных и магнитостатическихсвойств исследованных образцов. В конце главы приведены ее основные результаты.Шестая глава посвящена анализу особенностей магнитных свойств тонких и многослойныхпленок.
Большинство сред для магнитной и магнитооптической записи информацииявляются магнитно-жесткими и характеризуются микронеоднородностями, связанными, восновном, с размерами кристаллических зерен, и неоднородностями по толщине пленок,обусловленными особенностями технологических процессов их изготовления. Более того,наличие как ферромагнитного, так и антиферромагнитного обмена в системах “редкая земля– переходный металл“ (РЗМ-ПМ) делает их и магнитно-неоднородными в наномасштабе.500500Θ=1'30"400М parall, отн.ед.М perp, отн.ед.2001000-1002001000-100-200-300-200-400-300-500Нperp, кЭ-400-500Θ=1'30"400300300-8-6-4-20246-600-108Нperp, кЭ-8-6-4-202468б)а)500600Θ=1'00"400М parall, отн.ед.М perp, отн.ед.2001000-100-200Нperp, кЭ-400-8-6-4-202462001000-100-200-300-400-500-300-500Θ=1'00"5004003003008в)Нperp, кЭ-8-6-4-202468г)Рис.
9. Зависимость компонент магнитного момента при перемагничивании пленки магнитнымполем, приложенным перпендикулярно плоскости пленки (слева проекция магнитного момента,перпендикулярная полю, справа - параллельная внешнему магнитному поля).В первом параграфе рассматриваются особенности перемагничивания пленок сперпендикулярной анизотропией GdTbCo. При малых отклонениях внешнего магнитногополя от перпендикулярного плоскости направления наблюдается переход от обычного видапетли нормальной составляющей к кривой, где уменьшение внешнего поля от 7,5 кЭ не- 20 -изменяет нормальную составляющую вплоть до –2 кЭ (см. Рис. 9а, в), затем происходитувеличение проекции намагниченности на плоскость, которое заканчивается около –6 кЭ.При этом, соответственно, изменяются петли гистерезиса в направлении действующего поля(т.е.
почти по нормали к плоскости) (Рис. 9б, г). Видно, что петли гистерезиса постепеннораскрываются, имея неправильный, инверсный вид. При уменьшении внешнего поля отмаксимального значения намагниченность становится равной нулю не при отрицательном(как обычно), а при H > 0. В работе предложено феноменологическое объяснениенаблюдаемого вида полевых зависимостей компонент магнитного момента.Во втором параграфе рассмотрены магнитные свойства пленок Fe-Tb. Обнаруженыособенности формирования осей анизотропии в пленках – при подавляющей ролиперпендикулярной анизотропии имеется небольшая анизотропия в плоскости пленки.Отличительной особенностью образцов является длительное время релаксации приперемагничивании в поле, близком к коэрцитивной силе.
Установлено, что для некоторыхсоставов изменение намагниченности происходит в течение десятков минут.1500М, отн.ед10005000-500-1000-1500-200-1000100200H, ЭРис. 10. Петля гистерезиса обменно-связанной многослойной структурыСо70Å/Сu60Å/NiFe50Å/FeMn80Å/Cu10Å.В третьем параграфе представлены результаты исследования магнитных свойствобменно-связанных многослойных структур Ni-Fe-FeMn-Co. Были получены данные омагнитной вязкости спин-вентильной структуры, которую также можно считать магнитножесткой в силу того, что обменная анизотропия в спин-вентильной структуре приводит кдостаточно высоким значениям полей перемагничивания связанного обменной анизотропиейслоя.
Хотя спин-вентильная структура представляет собой сэндвич из двух ферромагнетиковс прослойкой из немагнитного металла, что внешне напоминает ГМИ сэндвич,рассмотренный в предыдущей главе, наличие обменной анизотропии приводит ккардинальным изменениям магнитостатических свойств – появляется асимметрия петли в- 21 -полях до нескольких сотен эрстед. Кроме того, обнаружено, что под действием импульсовмеханических напряжений в магнитных полях, близких к перемагничивающим, в образцахпроисходит значительное изменение намагниченности, сопровождающееся ее длительнойрелаксацией.В четвертом параграфе обсуждаются результаты изучения магнитных свойствмногослойной системы нанокомпозит – гидрогенизированный аморфный кремний.
В этихструктурах обнаружено немонотонное изменение намагниченности и коэрцитивной силы сизменением толщины полупроводникового слоя. При толщине 1,5 нм намагниченностьобразца достигает максимума, превышающего значение для сплошного материалаферромагнитной компоненты. В конце главы приведены ее основные результаты.В седьмой главе представлены результаты исследования разбавленных магнитныхполупроводников. Проблема ферромагнитного упорядочения в элементарных и оксидныхполупроводниках является предметом активных исследований многочисленных научныхколлективов и широкого обсуждения в современной научной литературе.
До настоящеговремени не существует однозначных представлений о природе и механизмах этого явления вобеих группах указанных материалов. Не найдены также решения, позволяющиеорганизовать в таких полупроводниках состояние полностью бескластерного, собственного,ферромагнетизма, что совершенно необходимо для практических применений этихматериалов в приборах спиновой электроники. Кроме того, для практического примененияданных материалов существенным является не величина намагниченности насыщения, азначениеостаточнойнамагниченностиматериала,путиповышениякоторойвферромагнитных полупроводниках в литературе до настоящего времени не обсуждались.Основной фундаментальной проблемой, решение которой представляет особый интерес,является нахождение условий, необходимых для обеспечения высокой степени поляризацииспинов носителей заряда в ферромагнитном полупроводнике.
Иными словами, должны бытьнайдены пути создания состояния собственного ферромагнитного упорядочения вполупроводниковом материале при отсутствии в нем кластеров магнитной примеси. Приэтом следует рассматривать как оксидные, так и элементарные полупроводники,легированные примесями переходных металлов.В данной главе представлены результаты исследований магнитных и транспортныххарактеристик полупроводниковых материалов на основе кремния и оксида титана,легированных переходными металлами и обладающих ферромагнитным упорядочением притемпературах выше комнатной.
Указанные материалы были получены либо в виде пленокполупроводников, легированных 3d переходными металлами и изготовленных методом- 22 -магнетронного распыления, либо в виде пластин кремния, имплантированного ионамимарганца или кобальта.В первом параграфе обсуждаются использованные для анализа образцов методики.Исследование свойств материалов проводилось не только методами вибрационноймагнитометрии, но также с помощью XRD, TEM, SIMS, фотоэлектронной и EXAFSспектроскопии, измерения сопротивления растекания иметодами магнитооптики вразличной геометрии эффекта Керра и рентгеновского магнитного кругового дихроизма.Часть указанных исследований выполнялась на синхротронных источниках в УоррингтонеМагнитный момент на атом, μБ(Англия) и Гренобле (Франция).Рис.
11. Зависимость относительной остаточнойнамагниченности M0 в нулевом поле пленок TiO2:Coс различным содержанием Co от концентрацииносителей заряда n: 1 – 8%, 2 – 4% Co.2520TiO2:CoTiO2:Fe1510500246Концентрация ФМ, %8Рис. 12. Концентрационная зависимость удельногомагнитного момента от содержания магнитной примесиВо втором параграфе обсуждаются магнитные свойства РМП на основе оксида титана.Было установлено, что ферромагнетизм при комнатной температуре в пленках TiO2:Coнаблюдается только в ограниченном интервале концентраций носителей заряда вполупроводнике (см. Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
