Диссертация (1103577), страница 2
Текст из файла (страница 2)
1. Проведение комплексных исследований магнитных свойств и локальных состояний ионов Fe в магнитных сверхрешетках на основе Fe/Co/Mo, полученных методом катодного распыления в разряде с осциллирующими электронами.
2. Установление основных закономерностей их магнитного поведения и типов взаимодействий, формирующих оптимальные магнитные характеристики этих кластерных образований.
3. Выяснение зарядовых и спиновых состояний ионов Fe в МСР Fe/Co/Mo.
Задачи
Для выполнения настоящей работы были поставлены следующие задачи:
1. Получение МСР Fe/Co/Mo с различными толщинами слоев и с различным порядком напыления методом катодного распыления в разряде с осциллирующими электронами.
2. Проведение комплексных исследований магнитных свойств этих МСР, а также исследование влияния толщин слоев Co, Fe и Mo и порядка их чередования на их магнитные характеристики и эффективную константу магнитной анизотропии.
3. Установление зарядового и спинового состояний ионов Fe в МСР с помощью исследования спектров ЯГР на ядрах 
и спектрах ЭСР исследуемых образцов МСР Fe/Co/Mo и исследований их температурной зависимости намагниченности.
4. Выяснение механизмов обменных взаимодействий и состояний ионов Fe и Со в магнитных слоях и интерфейсах для возможности получения высоких значений констант магнитной анизотропии.
Глава 1. Литературный обзор.
Поскольку в диссертационной работе будут представлены результаты по исследованию магнитных свойств новых трехкомпонентных сверхрешёток Fe/Co/Mo , то литературный обзор будет начинаться с рассмотрения исследований соответствующих двойных систем Fe/Mo, Fe/Co, Co/Mo.
§1.1 Магнитные свойства бинарных сверхрешеток Mo/Fe и Fe/Mo.
Косвенные обменные взаимодействия между ферромагнитными слоями 3d (Fe,Co,Ni), разделенными тонкими слоями немагнитных переходных металлов 3d, 4d и 5d элементов, испытывают осцилляционные зависимости и удивительно близкие величины периодов ~(9÷11)Å в зависимости от толщины спейсеров, за исключением хрома Cr, для которого оно равно 18 Å [12]. Одной из таких сверхрешеток является Fe/Mo.
В работах [13] исследованы магнитные состояния ионов железа в сверхрешётках Fe/Mo. Методом катодного распыления были синтезированы две серии магнитных сверхрешёток Fe/Mo: (Fe(10Å)/Mо(x Å)) x=(6.8-26) Å и (Fe(xÅ)/Mо(10 Å)) x=(6.8-34) Å. Сверхрешётки наносились на подложки из слюды и на стеклянные пластины. Они получались распылением соответствующих катодов в атмосфере Kr с рабочим давлением ~2·
Торр во внешнем магнитном поле ~320Э и анодным напряжением 1,5кВ. Были проведены рентгенографические исследования структуры МСР, изучены основные магнитные характеристики и их полевые зависимости, температурные зависимости, а также измерены и исследованы мессбауэровские спектры на ядрах 
в МСР Fe/Mo. Рентгенографические исследования показали, что все образцы сверхрешёток Fe/Mo находятся в мелкодисперсном нанокристаллическом состоянии и текстурированы в плоскости плёнки. Для МСР Fe/Mo были обнаружены немонотонные зависимости осцилляционного характера спонтанной намагниченности Isо, остаточной намагниченности Ir , поля технического насыщения Hm от толщины слоёв Мо с периодом ~8 Å и от толщины Fe с периодом ~10 Å. В первом случае эти осцилляции могут быть обусловлены вариациями обменных взаимодействий в соответствии с механизмами РККИ, а во втором случае они могут быть обусловлены интерференционными эффектами делокализованных электронов в интерфейсах. Обнаружены большие величины спонтанной намагниченности Isо для сверхрешёток Fe(10Å)/Mо(10Å), Fe(10Å)/Mо(18Å) значительно превосходящие таковые для массивного железа. Авторы полагают, что такие большие значения Isо в пересчёте на атом железа могут быть обусловлены: а) наличием высокоспинового состояния атомов железа в поверхностных слоях, б) «размораживанием» орбитальных моментов атомов Fe и Mo в слоях и интерфейсах, в) влиянием шерховатости поверхности и интерфейсов. Также обращают на себя внимание большие значения дифференциальной восприимчивости в больших полях в плоскости образцов.
В работе [14] были исследованы микроструктура и магнитные свойства мультислоёв Fe/Mo, синтезированных методом магнетронного распыления на подложках Si и NaCl. Скорость осаждения была довольно большой ~(1-2)Å/с. Были синтезированы две серии плёнок: а) с постоянной толщиной tМо = 30 Å (Mo(30Å)/Fe(xÅ)), где х изменялся от 5Å до 60Å и б) с постоянной толщиной tFe = 25 Å (Mo(хÅ)/Fe(25 Å)), где величины х изменялись от 5Å до 60Å. Суммарная толщина слоёв сохранялась постоянной ~ 1000 Å. Микроструктура слоёв исследовалась рентгенографическими методами малоуглового рассеяния, дифракцией рентгеновских лучей Cu(Kα) на больших углах и дифракцией электронов. Магнитные свойства исследовались с помощью вибрационного магнетометра в полях до 6 кЭ при направлении напряженности магнитного поля параллельно и перпендикулярно плоскости плёнки. Магнитные состояния атомов Fe определялись мессбауэровской спектроскопией на конверсионных электронах. Проведённые исследования показали, что отдельные слои плёнок от разрывных переходят в сплошные при критических толщинах tFe=10Å и tМо=8 Å. Дифрактограммы мультислоёв обнаружили, что они являются поликристаллическими с ОЦК структурой и текстурированы: ОЦК Fe(110)/ОЦК Mo(110). Были выявлены следующие особенности в магнитном поведении мультислоёв (Mo(30Å)/Fe(xÅ)). У образца (Mo(30Å)/Fe(5Å)) было обнаружено суперпарамагнитное поведение. В области 15 Å < tFe <60 Å величина намагниченности насыщения оказывается больше чем для массивного железа и достигает максимума при 25% Fe: 4πIs =2.8 Тл (для чистого массивного железа 4π Is =2,2 Тл). При tFe <10 Å величина 4πIs становится меньше таковой для массивного железа. Для мультислоёв (Mo(хÅ)/Fe(25Å)) оказалось следующее: образцы с tМо =(5,50,60) Å имели величины намагниченности насыщения меньше чем у массивного железа, а для всех остальных I s оказывается превосходящей Is(Fe) (массивного железа). Выявилась осцилляционная зависимость Isо от толщины слоёв Мо с периодом ~14 Å. Авторы связывают это с взаимодействием магнитных слоёв через слои Мо типа РККИ.
Зависимости магнитных свойств от толщины слоев Мо в клинообразных образцах Fe/Mo/Fe были исследованы в работе [15]. Типичная величина угла наклона клина ~ 1-8 Å/мм. Образцы были получены методом распыления и молекулярно-лучевой эпитаксии на подложку из монокристаллического Mo . Толщина слоев молибдена изменялась в пределах ~(2÷30)Å. Проводился отжиг образцов при 150ºС в течении 30 минут. Магнитные свойства исследовались с помощью магнитооптического эффекта Керра при комнатной температуре. Были обнаружены короткодействующие осцилляции обменных взаимодействий в зависимости от толщины слоев Mo с периодом ~5,1 Å, которые авторы связывают с наличием взаимодействий между слоями железа через слои Mo типа РККИ.
В работе [16] исследовались магнитные свойства Fe/Mo сверхрешеток, полученных магнетронным распылением. Образцы напылялись в атмосфере инертного газа Ar 3·10-3 мм.рт.ст. с большой скоростью ~5 Å/сек на подложки из сапфира. Толщина слоев железа была постоянной для всех образцов, равная 25Å, а толщины слоев Mo варьировались от 4Å до 50Å. Число бислоев составляло 20. Образцы оказались текстурированными в плоскости с ОЦК кристаллической структурой. Магнитные свойства исследовались с помощью эффекта Керра. Были обнаружены в зависимости от толщины слоев Mo как ферромагнитные, так и антиферромагнитные взаимодействия с периодом ~11Å. Коэрцитивная сила возрастает практически линейно с увеличением толщины слоев Mo от нескольких эрстед до 330Э. Обнаружены изменения магнитосопртивления 
при 4,2К для сверхрешеток с антиферромагнитным взаимодействием Fe25Å/Mo12Å. Оказалось, что величины полей насыщения H для больше, чем Hs для I(H). Авторы связывают это с видоизменением формы поверхности Ферми под действием РККИ взаимодействий. Сама величина оказалась ≤ 2%.
§1.2 Магнитные свойства бинарных сверхрешеток Fe/Co и Co/Fe .
Известно, что сплавы 
имеют большие значения намагниченности насыщения, но пленки FeCo обычно магнитно изотропны в плоскости и имеют высокие значения коэрцитивной силы [17] [18]. Сверхрешетки Fe/Co сочетают в себе высокие значения намагниченности насыщения магнито-мягких слоев Fe с большой анизотропией магнито-жестких слоев Co, что выражается в одноосной магнитной анизотропии [19] . Имплантация тяжелых ионов в тонкие ферромагнитные пленки и сверхрешетки может быть эффективным средством для структурных и магнитных изменений их свойств. В работе [20] с помощью электронного лучевого испарения в ультравысоком вакууме на подложке из Si(100) были получены сверхрешетки [Co(7nm)/Fe(7nm)]*6. Сверхрешетки были облучены при комнатной температуре ионами Xe c энергиями 200КэВ. Исследования магнитных свойств показали, что при облучении ионами с низкой плотностью потока коэрцитивная сила резко уменьшается, а затем растет по мере увеличения плотности потока. Кроме того, в образцах было выявлено наличие одноосной анизотропии.
В работе [21] изучается влияние толщин слоев Fe и Со на кристаллическую структуру и магнитные свойства многослойных пленок Co/Fe. Пленки были получены путем испарения электронным лучом массивных материалов Co и Fe, причем суммарное число бислоёв и отношение толщин слоёв железа и кобальта оставалось постоянными. Осаждение плёнок происходило в вакууме на монокристаллы Si(100) и Si(111). Начальное давление составляло 
Па, а рабочее – 
Па. Скорости нанесения были 0.7 и 0.5 нм/мин для кобальта и железа соответственно. Образцы представляли собой пять бислоёв Co/Fe с защитным слоем Mo. Толщины кобальта 5,10 и 15 нм и железа-15,30 и 45 нм. Структурные и магнитные свойства плёнок были изучены разными методами. Все плёнки оказались изотропными поликристаллами со средним размером зерна сравнимым с толщиной и имели резкие границы в интерфейсах. У всех образцов наблюдается ферромагнитное поведение при температурах от 5 до 300 К, что соответствует сильному обменному взаимодействию между слоями. При комнатных температурах в петлях гистерезиса присутствует резкое переключение в поле около 8кА/м, насыщение происходит в поле в несколько десятков кА/м.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
