Взаимосвязь состава, структуры и магнитных свойств в пленках Co-Ni-Fe и в системе Co-IrMn (1102500), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Пунктирная линия проведена на уровне равного присутствия гцк иоцк фаз. Резко выраженный пик ln(Afcc/Abcc) в области приблизительно ne=27.0 говорито явном доминировании гцк-фазы. Дальнейшее увеличение ne, т.е. уменьшениесодержания Fe ведёт к уменьшению гцк фракции и, далее, к равенству двух фаз.Уменьшение ne ниже 27.0, т.е. увеличение содержания Fe в плёнке приводит ксодержанию только одной оцк фазы, которая является естественной для α-Fe.Нелинейная зависимость параметров решёток гцк и оцк фаз от составапроанализирована в разделе 3.4. По положению (111) гцк и (200) оцк пиков наfccрентгенографическом спектре можно определить также и постоянные решёток aexp иbccaexp, которые тоже меняются с изменением химического состава. В идеальномтвёрдом растворе в произвольном двойном сплаве постоянная решётки подчиняетсялинейному закону Вегарда, если компоненты сплава в чистом виде имеют сходныетипы решёток.
Для тройного сплава с различными типами структур чистых12компонентов (чистые Co и Ni имеютгцк структуру, а Fe - оцк структуру)параметррешёткиможетбытьоценён с помощью закона Зена,основанному на равенстве атомныхобъёмов, приходящихся на каждыйатомодинаковогоа)химическогоэлемента в разных фазах. Полагая,что и в гцк и оцк фазах объёмы,занимаемыепринимаяатомамиворавнывнимание,ичтовэлементарной ячейке оцк решётки 2атома и 4 атома в гцк ячейке, дляожидаемогопараметраб)решёткисплава можно записать:fccbccaideal= aCofcc x + a Nifcc y + 3 2a Fez (3а)bccfccbccaideal= 312 (aCox + a Nifcc y) + a Fez (3б)Отношенияэкспериментальнополученных параметров решётки кfccfccbccbccидеальным a exp /a ideal и aexp /aidealв)как функция состава в терминахчислаэлектроновизображенынасоответственно.наатомрис.2биneПостоянныерешёток гцк-Co, гцк-Ni и оцк-FeсоответственноравныЧисло электронов на один атом ne2в3.544Å,3.515Å и 2.867Å.
Объём, требуемыйРис. 2 Натуральный логарифм от отношенияинтесивности гцк и оцк фаз Afcc/Abcc (а)отношения экспериментально полученныхпараметров гцк (б) и оцк (в) решёток кожидаемым в зависимости от состава втерминах числа электронов на атом ne.на один атом Fe на 5.9% больше, чемна атом Co и на 8.5% больше чем у атома Ni. Максимальные значения, принимаемыеbccfccfccaidealи aideal соответственно равны 3,61Å и 2,867Å.
Т.е. наибольшее изменение aidealсвязано с изменением концентрации атомов Fe в сплаве.13Отклонение этих кривых от горизонтальной прямой может быть интерпретировано какнелинейная деформация кристаллической решётки. При уменьшении концентрации Fe, т.е.bccfccпри увеличении ne, постоянные решёток aexp и aexp падают медленнее, чем этопредсказывается соотношениями (3), что приводит к увеличению отношенийbccbccfccfccaexp/ aidealи aexp / aideal (рис. 2б и 2в).
Можно отметить выраженный выступ отношенийbccbccfccfccaexp/ aidealи aexp / aideal в области ne=27.0, т.е. в области пика ln(Afcc/Abcc) (рис. 2a). Этотэффект нелинейности деформации кристаллической решётки второго порядкакачественно может быть интерпретирован как результат некоего вида фрустрации впереходной области между оцк и гцк фазами, в которой значительно усиливаетсявзаимодействие между нанокристаллитами.Раздел 3.5 посвящён обсуждению магнитных свойств Co-Ni-Fe плёнок и ихкорреляции со структурными параметрами.ФМР измерения показывают, что согласованность табличных и измеренныхзначений намагниченности насыщения плёнок чистых Co, Ni и Fe, осаждённых притех же условиях что и Co-Ni-Fe плёнка и сходной толщины достигается, принимаязначение g-фактора за 2,0.
Это значение соответствует статическому g=2 для электронас замороженным орбитальным моментом в многоатомных плёнках и нет причинполагать, что g-фактор имеет большее значение в наших Co-Ni-Fe плёнках. При g=2намагниченность насыщения, зависящая от состава варьируется между 4πIs=16.7 и 21кГс, что значительно выше, чем у пермаллоев.Подобно предыдущему рассмотрению зависимости параметров оцк и гцкрешёток от химического состава, в линейном приближении можно оценитьожидаемую намагниченность насыщения ISa Co-Ni-Fe сплава, используя линейнуюкомбинацию парциальных намагниченностей:I Sa = I SCo x + I SNi y + I SFe z ,(4)где парциальная намагниченность ISX чистых гцк-Co, гцк-Ni и оцк-Fe составляютсоответственно 1400, 480 и 1700 Гс.
В таком представлении можно ожидать изменение4πISa в диапазоне от 11 до 17 кГс для изучаемых в данной работе плёнок.Экспериментально наблюдаемое же значение 4πISobs систематически отклоняется отожидаемого. На рис. 3 можно заметить, что отношение ISobs /ISa больше единицы вовсём диапазоне вариации состава сплава, которое имеет тенденцию к увеличению с14Рис. 3 Отношения экспериментально полученных значенийнамагниченности в насыщении к ожидаемым в зависимости отсостава в терминах числа электронов на атом ne.увеличением числа электронов ne. Таким образом, наблюдается эффект усиленияизмеренного значения намагниченности насыщения по сравнению с ожидаемойвеличиной для идеального твёрдого раствора даже при небольших концентрацияхжелеза (высокого значения числа электронов, приходящихся на один атом).Результаты по определению намагниченности насыщения показаны на рис. 4,Рис.
4 Диаграмма Слэтера-Полинга. Магнитный момент сплава Co-NiFe и погрешность измерения (наши данные) отмечены кружками.15где наши данные нанесены на диаграмму Слэтера-Полинга с предыдущими данными.На диаграмме Слэтера-Полинга эффектпереходных элементов может бытьпредставлен как линейное падение магнитного момента от 1.73μB для Co до 0.61μB дляBNi. Однако, в области перехода гцк-фазы в оцк наблюдается большее отклонениеэкспериментальных данных от линейного падения, как для предыдущих, так и длянаших данных.Корреляция магнитных и структурных свойств Co-Ni-Fe плёнок обсуждается вподразделе 3.5.2.
Отклонение от закона Вегарда или Зена для бинарных системявляется частым явлением и не существует причин уменьшения этого отклонения втройных сплавах. Очевидно, обнаруженная нелинейная деформация кристаллическойрешётки связана с перестройкой конфигураций внешних электронных оболочек вразупорядоченным сплаве, связанной с изменением состава.В случае соперничающих двух нанокристаллическихструктурных фаздобавляется эффект ослабления связей в оцк фазе, связанный с уменьшениемсодержания Fe и увеличением ne в сплаве в области ne=27.
Зёрна гцк-фазы такженачинают образовывать зародыши с ослабленными и более протяжёнными связями,чем это можно ожидать, исходя из линейного закона Зена (3a). Поэтому междуконкурирующими оцк и гцк фазами появляется межфазный эффект несоответствиярешёток.Напряжения,вызванныенесоответствиемнамежзёреннойграниценанокристаллов, также могут давать вклад в наблюдаемую нелинейную деформацию.Изменение химического состава реального (неидеального) твёрдого раствора, как иструктурно-фазовая конкуренция сопровождается реконфигурацией внешних атомныхоболочек. Проявлением этой реконфигурации является изменение магнитных свойств,в частности намагниченности насыщения. Можно отметить, что систематическаянелинейность, т.е. общая тенденция к увеличениюbccbccfccfccaexp/aidealи a exp /aideal сувеличением ne (рис.
2) коррелирует с тенденцией увеличения ISobs/ISa (рис. 3).Усиление магнитного момента над кривой Слэтера-Полинга в нашем случае мысвязываем с эффектом перестройки конфигураций внешних атомных оболочек вразупорядоченномсплаве,связаннымснанокристаллических гцк и оцк фаз.16изменениемсостававприсутствииВ четвёртой главе обсуждаются условия возникновения обменного смещения вструктурах типа Co/IrMn с альтернативным чередованием антиферромагнитного иферромагнитного слоёв.В разделе 4.1 приводятся угловые зависимости ФМР-резонансного поля всистеме АФМ-ФМ с обменным смещением. В дополнение к одноосной магнитнойанизотропии,действующейвферромагнитныхнанокристаллическихплёнках,описанных в Главе 3, в системе АФМ-ФМ может действовать однонаправленнаямагнитная анизотропия, вызванная обменным взаимодействием на границе разделамежду ферромагнетиком и антиферромагнетиком, т.н.
обменное смещение. Природа иособенности проявления обменного смещения обсуждались в Главе 1. Имея это в виду,соотношения Кителя (1) могут быть обобщены на случай произвольной ориентациивнешнего поля относительно вектора поля однонаправленной анизотропии. Такоерассмотрение было проведено в ряде работ. Полагая, что внешнее магнитное поленаправлено под некоторым углом θ к направлению вектора обменного смещения,параллельного в свою очередь оси лёгкого намагничивания, в хорошем приближении,справедливом при достаточно больших значениях намагниченности насыщения4πMs>>Hr, положение резонансного пика Hr определяется собственным резонанснымполем Hr0=(ω/γ)/(4πMs) Co-слоя, полем бинаправленной кристаллографическойанизотропииHKиполемоднонаправленнойанизотропииHEB,вызваннойвзаимодействием АФМ и ФМ слоёв:ω2Hr =γ24πM s− H EB cos θ − H K cos 2θ(5)В нашем эксперименте, θ – угол между направлением постоянного магнитного поляФМР и направлением поля, приложенного при отжиге вдоль одной из сторонпрямоугольного образца, т.е.
характеризует ориентацию образца относительнопостоянного поля ФМР-установки.Наглядно продемонстрировано смещение резонансного поля в зависимости оториентации образца относительно внешнего поля (рис. 5). Результаты, полученные изанализа угловой зависимости резонансного поля ФМР, находятся в качественномсогласии с данными вибрационной магнитометрии (ВММ). На вставке к рис. 5приведены гистерезисные кривые, подтверждающие появление обменного смещения врезультате отжига при Tanneal=2000С в магнитном поле. Кривые отличаются17, отн. ед.Интенсивностьα=9004000α=003000α=270020001000-200 -150 -100050100150200Поле, Э0-1000α=1800-2000-3000400Рис.-508001200Магн. поле , Э160020005 ФМР-резонансные кривые поглощения для различных угловмежду направлениями магнитного поля ФМР-спектрометра и магнитногополя при отжиге образца.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
