Диссертация (1103577), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Рис4.14 Зависимость дифференциальной восприимчивости МСР [Fe(10Å)Со(7,8Å)Мо(23Å)]*100 от поля
Н
а рисунке 4.15 показана температурная зависимость намагниченности МСР [Fe(10Å)Со(7,8Å)Мо(23Å)]*100 , измеренная _I_ плоскости образца при различных магнитных полях. Обращает на себя внимание тот факт, что при измерениях перпендикулярно плоскости образца переход происходит при более высоких полях. Из рис 4.15 видно, что в поле 50Э происходит небольшой рост намагниченности от температуры, что может быть обусловлено наличием ферримагнитного взаимодействия, а также переходом из низкоспинового в высокоспиновое состояние ионов Fe и Co. В поле 100Э намагниченность падает при увеличении температуры, так как в данном поле преобладает суперферромагнитное взаимодействие, обусловленное дальнодействующим диполь-дипольным взаимодействием между кластерными образованиями. В поле 2000Э также происходит падение намагниченности с ростом температуры. Следует отметить, что кривая зависимости намагниченности от поля в данном направлении (рис. 4.16) носит практически безгистерезисный характер, но присутствует небольшая петля гистерезиса при малых полях, что по-видимому обусловлено существованием (canted AFM) неколлинеарного ферримагнитного взаимодействия межу спинами ионов Fe, Co. Были проведены измерения температурной зависимости намагниченности для образца [Fe(18Å)Co(21Å)Mo(12Å)]*100, имеющего рекордное з
начение намагниченности насыщения 4800Гс. На рис 4.17 представлена зависимость I(T) ZFC-FC (zero field cooling-field cooling) для образца [Fe(18Å)Co(21Å)Mo(12Å)]*100. Сначала образец размагничивался переменным полем с уменьшающейся амплитудой, затем охлаждался до 77К, далее проводились измерения при увеличении температуры (ZFC) в поле 16Э, а затем проводились измерения при понижении температуры (FC).
К
Рис4.17 Температурная зависимость намагниченности МСР [Fe(18Å)Co(21Å)Mo(12Å)]*100 в поле 16Э
роме того, были проведены исследования зависимости намагниченности от температуры в поле 500Э (рисунок 4.18). На рисунке 4.17 отмечается рост намагниченности в области температур 70-150К, такое поведение может быть обусловлено переходом из низкоспинового состояния ионов Fe и Co (LS) в высокоспиновое состояние (HS) (по литературным данным [131,107] переход из состояния
в 
происходит в области 120К), когда образец переходит в ферромагнитное состояние. Основные результаты и выводы.
1. Методом катодного распыления в разряде с осциллирующими электронами впервые синтезированы на подложке из слюды (мусковит) образцы трехкомпонентных магнитных сверхрешёток на основе Fe/Co/Mo. Были синтезированы следующие образцы:
1. С переменной толщиной слоев Мо [Fe(10Å)Co(7,8Å)Mo(xÅ)]x100, x=4.7,6.8,10,12,14,16,18,20,23,26
2. С переменной толщиной слоев Со [Fe(10Å)Co(xÅ)Mo(12Å)]x100, x=4,6,10,12,14,16,18,21,24,27,30,33,36
3. С переменной толщиной слоев Fe [Fe(xÅ)Co(21Å)Mo(12Å)]x100, x=4,6,8,10,12,14,16,18,21,24
4. С переменной толщиной слоев Fe и изменением порядка напыления слоев [Fe(xÅ)Mo(12Å)Co(21Å)]*100, x=12,14,16,18,21
5. С переменной толщиной слоев Fe и изменением первого напыляемого слоя [Mo(12Å)Co(21Å)Fe(xÅ)]*100, x=4,6,8,10,12,14,16,18,24
2. Проведены исследования основных магнитных характеристик при комнатной температуре всех образцов МСР на основе Fe/Co/Mo. Измерения намагниченности и петель гистерезиса образцов проводились в плоскости образцов (при этом измерения в плоскости проводились дважды: в первом случае направление внешнего магнитного поля было перпендикулярно направлению магнитного поля при напылении («поперек поля напыления»), а в другом – параллельно ему («вдоль поля напыления»)) и перпендикулярно плоскости образцов
3. Для образцов [Fe(10Å)Co(7,8Å)Mo(xÅ)]x100; x=(4.7-26) обнаружены немонотонные зависимости осцилляционного характера спонтанной и остаточной намагниченности от толщины слоёв молибдена с периодом порядка 5Å. Эти осцилляции могут быть обусловлены вариациями обменных взаимодействий в соответствии с механизмами РККИ.
4. Для образцов [Fe(10Å)Co(xÅ)Mo(12Å)]x100; x=(4-36) и [Fe(xÅ)Co(21Å)Mo(12Å)]x100; x=(4-24) также обнаружено наличие немонотонных зависимостей осцилляционного характера спонтанной и остаточной намагниченности от толщины слоёв Co и Fe с периодом порядка 6Å. Это может быть обусловлено существованием интерференционных эффектов электронных волн в интерфейсах, которые приводят к образованию квантовых ям.
5. Обнаружены большие величины спонтанной намагниченности Iso>1710Гс в некоторых МСР на основе Fe/Co/Mo, которые могут быть обусловлены: а) изменением плотности состояний на уровне Ферми для атомов Fe и Со на поверхностях кластеров и интерфейсов, б) размораживанием орбитальных моментов Fe и Со в кластерах и на поверхностях интерфейсов. в) Вклад в суммарную намагниченность могут вносить также магнитные моменты ионов Mo, для которых в силу большого спин-орбитального расщепления частично снимается орбитальное вырождение. По теоретическим оценкам, магнитный момент свободных ионов Mo может достигать 3 µБ. г) Наряду с этими вкладами необходимо учесть вероятность электронных конфигураций 3d7 и 3d8 для ионов Fe и Co соответственно, которые, по литературным данным, могут определять значения локальных атомных магнитных моментов до 6-7 µБ.
6. Были исследованы магнитные состояния ионов Fe и Co в МСР на основе Fe/Co/Mo методами ядерного гамма резонанса на ядрах 
, электронного спинового резонанса и температурной зависимости намагниченности. Было обнаружено, что в исследованных образцах ионы Fe и Со возможно находятся в высокоспиновых и низкоспиновых состояниях [Fe2+; Fe3+; Co2+; Co3+], по-видимому обусловленных существованием кластерных молекулярных комплексов типа 
, 
, 
, 
, n=4;6, которые могут обуславливать:
а) большие величины спонтанной намагниченности
б) большие величины эффективных констант анизотропии вследствие размораживания орбитальных моментов и больших величин спин-орбитального взаимодействия.
7. Магнитное поведение исследуемых образцов МСР на основе Fe/Co/Mo, полученных в разряде с осциллирующими электронами в атмосфере Kr, свидетельствует о том, что при комнатной температуре они ведут себя как молекулярные магниты.
Благодарности
Я выражаю глубокую благодарность научным руководителям профессору П.Н. Стеценко и доценту С.Д.Антипову за постоянное внимание и руководство работой. Также большую благодарность за помощь в синтезировании образцов выражаю с.н.с. Г.В. Смирницкой и ведущему инженеру Корнилову А.А.
За большую помощь на отдельных этапах работы я благодарю доцента Г.Е.Горюнову, Семисалову А.С., Каминского А.И., проф. Константинову Е.А., с.н.с. Ежова А.А., Каминскую Т.П.
Я глубоко благодарна руководству кафедры общей физики и физики конденсированного состояния МГУ физического факультета за предоставленную возможность обучения в МГУ и выполнения настоящей работы.
Литература.
1. Billas I. M. L., Chatelain A., de Heer W. A. Magnetism from the atom to the bulk in iron, cobalt, and nickel clusters //Science. – 1994. – Т. 265. – №. 5179. – С. 1682-1684.
2. Johll H., Kang H. C., Tok E. S. Density functional theory study of Fe, Co, and Ni adatoms and dimers adsorbed on graphene //Physical Review B. – 2009. – Т. 79. – №. 24. – С. 245416.
3. Lu Y., Chen W. Sub-nanometre sized metal clusters: from synthetic challenges to the unique property discoveries //Chemical Society Reviews. – 2012. – Т. 41. – №. 9. – С. 3594-3623.
4. Bertaina, S., Gambarelli, S., Mitra, T., Tsukerblat, B., Müller, A., & Barbara, B. Quantum oscillations in a molecular magnet //Nature. – 2008. – Т. 453. – №. 7192. – С. 203-206.
5. Bokacheva L., Kent A. D., Walters M. A. Crossover between thermally assisted and pure quantum tunneling in molecular magnet Mn 12-acetate //Physical review letters. – 2000. – Т. 85. – №. 22. – С. 4803.
6. Leuenberger M. N., Loss D. Quantum computing in molecular magnets //Nature. – 2001. – Т. 410. – №. 6830. – С. 789-793.
7. Mørup S., Hansen M. F. Superparamagnetic particles //Handbook of Magnetism and Advanced Magnetic Materials. – 2007.
8. Moseler, M., Häkkinen, H., Barnett, R. N., & Landman, U. Structure and magnetism of neutral and anionic palladium clusters //Physical review letters. – 2001. – Т. 86. – №. 12. – С. 2545.
9 Kumar V., Kawazoe Y. Evolution of atomic and electronic structure of Pt clusters: planar, layered, pyramidal, cage, cubic, and octahedral growth //Physical Review B. – 2008. – Т. 77. – №. 20. – С. 205418.
10 Bhandary S. et al. Route towards finding large magnetic anisotropy in nanocomposites: Application to a W 1− x Re x/Fe multilayer //Physical Review B. – 2011. – Т. 84. – №. 9. – С. 092401.
11. Shokri A. A., Saffarzadeh A. The effects of a magnetic barrier and a nonmagnetic spacer in tunnel structures //Journal of Physics: Condensed Matter. – 2004. – Т. 16. – №. 25. – С. 4455.
12. S Parkin S. S. P. Systematic variation of the strength and oscillation period of indirect magnetic exchange coupling through the 3d, 4d, and 5d transition metals //Physical Review Letters. – 1991. – Т. 67. – №. 25. – С. 3598.
13. Antipov, S. D., Gorjunov, G. E., Smirnitskaja, G. V., & Stetsenko, P. N. Oscillations of magnetic parameters in Fe/Mo superlattices //Journal of magnetism and magnetic materials. – 2003. – Т. 258. – С. 594-596.
14. Cui, F. Z., Wang, Y., Cui, H., Li, W. Z., & Fan, Y. D. Magnetic Fe/Mo multilayers synthesized by ion beam sputtering //Journal of Physics D: Applied Physics. – 1994. – Т. 27. – №. 11. – С. 2246.
15. Qiu Z. Q., Pearson J., Bader S. D. Magnetic coupling of Fe/Mo/Fe and Co/Cu/Co sandwiches across wedged spacer layers //Journal of applied physics. – 1993. – Т. 73. – №. 10. – С. 5765-5770.
16. Терентьев Н.Е., “Магнитные состояния атомов железа в сверхрешётках Fe/Mo”. (дипл. Работа физфак МГУ каф. КОФЕФ, г. Москва).
17. Jung H. S., Doyle W. D., Matsunuma S. Influence of underlayers on the soft properties of high magnetization FeCo films //Journal of applied physics. – 2003. – Т. 93. – №. 10. – С. 6462-6464.
18. Gupta, R., Müller, G. A., Schaaf, P., Zhang, K., & Lieb, K. P. Magnetic modifications of thin CoFe films induced by Xe+-ion irradiation //Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. – 2004. – Т. 216. – С. 350-354.
19. Carbucicchio M., Rateo M. Magnetic anisotropy and the appearance of stripe magnetic domains in Co/Fe multilayers //Hyperfine interactions. – 2002. – Т. 141. – №. 1-4. – С. 441-446.
20. Zhang, K., Lieb, K. P., Marszalek, M., Milinovic, V., & Tokman, V. Ion beam mixing of Co/Fe multilayers: Magnetic and structural properties //Thin solid films. – 2006. – Т. 515. – №. 2. – С. 700-704.
21. Asti, G., Carbucicchio, M., Ghidini, M., Rateo, M., Ruggiero, G., Solzi, M., ... & Lucari, F. Microstructural and magnetic properties of exchange-coupled Co/Fe multilayers //Journal of Applied Physics. – 2000. – Т. 87. – №. 9. – С. 6689-6691.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
