Диссертация (1103577), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

В работе [²²] исследовались однокомпонентные Fe и Co и трехкомпонентные пленки Co/Fe/Co с различными толщинами слоев Fe, полученные методом испарения электронным лучом массивных материалов. Пленки осаждались на аморфные кварцевые подложки при рабочем давлении Па. Однокомпонентные пленки имели толщину 5 нм и были покрыты слоем Au 4 нм. В трехкомпонентных пленках толщина слоев Со была 5 нм, а толщина слоев Fe менялась (tFe=5, 15;45 нм). Рентгеноструктурные исследования показали, что однокомпонентные пленки являются поликристаллическими. Магнитные исследования однокомпонентной пленки Co (tCo=5нм) показали, что направление перпендикулярное плоскости образца является трудной осью, хотя в этом направлении присутствует небольшая остаточная намагниченность. Исследования, проведенные с помощью магнитного силового микроскопа, показали отсутствие в ней доменной структуры.

В работе [²³] методом циркулярного магнитного дихроизма (MCXD) синхротронного излучения и протяжённой тонкой структуры рентгеновского поглощения (EXAFS) были исследованы Fe-Co сплавы и Fe/Co мультислои. Изучались разупорядоченные сплавы Fe₂₀Co₈₀, Fe₅₀Co₅₀ и Fe₇₀Co₃₀ и сверхрешётки Fe(11Å)/Co(20Å), Fe(17Å)/Co(20Å), Fe(21Å)/Co(10Å), Fe(21Å)/Co(30Å) и Fe(21Å)/Co(108Å), полученные методом катодного радиочастотного распыления на подложки из Si(111) и каптона. Оказалось, что мультислои поликристаллические; они имели резкие границы между слоями (ширина интерфейсов ~ 1-2 монослоя) и обладали ОЦК структурой для толщин слоёв Со t(Co)<25Å. При больших толщинах слоёв Со структура вначале оказывается смешанной (гексагональная и ГЦК), а затем остаётся гексагональной. Исследования магнитных свойств показали, что магнитные моменты атомов Fe в сплавах Fe-Co растут с увеличением содержания атомов Со от 2,2 до достижения максимума ~ 2,5 , а затем практически не изменяются до 80% Со. Локальные магнитные моменты атомов Со слабо изменяются, оставаясь в районе 1,65 . Локальные магнитные моменты атомов Fe для исследованных мультислоёв Fe/Co оказались значительно увеличенными по сравнению с таковыми для аналогичных по составу массивных сплавов; при толщине слоёв железа t_Fe=11 Å они достигают величины 2,7 . При увеличении толщины t_Fe величина уменьшается. Было замечено для сплавов и мультислоёв, что нормализованная интенсивность линий магнитных EXAFS спектров (Fe ) коррелирует с локальной средней намагниченностью.

В работе [²⁴] теоретически из первых начал изучается магнитное поведение биметаллических Fe_nСо_m ( n+m ≤ 6) кластеров и роль атомов Со в увеличении магнитных моментов атомов Fe и среднего магнитного момента на атом кластера. Было рассмотрено влияние внутренних и внешних факторов на локальный магнитный момент атомов _Fe и средний магнитный момент на атом кластера < > в кластерах Fe_nСо_m ( n+m ≤ 6) методом теории функционала плотности (DFT) и трехпараметрического гибридного функционала Бекке (Becke) [B3LYP]. Были выявлены следующие закономерности: а) если электрический заряд q = |e| переносится в атомы Fe, то это приводит у уменьшению величины _Fe и наоборот, когда атомы Fe отдают заряд q = |e| соседним атомам Со, то это приводит к увеличению атомных магнитных моментов _Fe в кластерах; б) связь _Fe = f(q _Fe) коррелирует с межатомным расстоянием r _Co-Fe между атомами Fe и Со. При увеличении r _Co-Fe растет _Fe и наоборот; в) величина _Fe растет с увеличением координационного числа N = n+m (где n – число Fe связей, m – число Со связей).

В поверхностных атомах больших кластеров увеличение магнитного момента атомов объясняется зонными эффектами, то есть сужением ширины d зоны, обусловленное малым координационным числом этих атомов.

В очень малых кластерах увеличение магнитного момента атомов кластера в дополнение к вкладу от эффектов, обусловленных уменьшением координационного числа, появляются значительные вклады, возникающие от регибридизации и процессов заполнения d зоны, которое следует от изменения точечной группы симметрии индивидуального атома кластера при структурных преобразованиях в малых кластерах.

§1.3 Магнитные свойства бинарных сверхрешеток Mo/Co и Co/Mo.

Структурные и магнитные свойства мультислоёв Co/Мо были исследованы в работе [²⁵]. Три серии многослойных плёнок Co/Mo с разными толщинами слоёв кобальта и молибдена были получены методом электронно-лучевого испарения. Давление в системе составляло Торр. Плёнки были нанесены с довольно большими скоростями напыления 0,1-0,2 нм/с на подложки монокристаллического NaCl и стекла. В первой серии толщина кобальта была фиксированной 3,5нм, а толщина молибдена менялась от 2 до 8 нм. Во второй серии толщина кобальта была фиксированной 6,5 нм, а толщина молибдена менялась от 2 до 8 нм. В третьей серии толщина кобальта была равна толщине молибдена, и обе они менялись от 2 до 8 нм. Анализ микроструктуры полученных плёнок проводился с помощью просвечивающей электронной микроскопии и малоугловой электронной дифракции. Оказалось, что микроструктура плёнок изменяется в зависимости от толщин слоёв металлов. Когда толщина слоёв Mo равна 3,5 нм, в дифракционной картине видны чёткие дифракционные кольца ОЦК Mo и гексагонального Co. При увеличении толщины Mo до 8 нм кольца от гексагонального Co исчезают, и остаются только кольца от ОЦК структуры. Магнитные исследования показали, что все образцы являются ферромагнитными материалами с лёгкой осью намагничивания, лежащей в плоскости плёнок. Величины магнитных моментов Co в зависимости от толщин слоёв Mo уменьшаются от 1,7 до 1,2 . Но эта зависимость не линейная, и величина магнитного момента атомов Со остаётся практически постоянной при толщинах слоёв молибдена 5нм< t_Mо<3.5нм.

Структура и магнитные свойства Со/Мо плёнок со слоистой структурой, периодом (2,5Å-100Å) и отношением толщин , полученных методом магнетронного распыления, были исследованы в работе [²⁶]. Оказалось, что кристаллическая структура, определённая рентгенографическим методом, сильно зависит от отношения толщин компонент. При t_Со>t_Mо структура Со гексагональная, а при t_Со< t_Mо – структура объемоцентрированная. Все плёнки, за исключением с t_Со<5Å и отношением толщин 1/1, 1/2, 1/4, обладали ферромагнитными свойствами с лёгкой осью, расположенной в плоскости плёнки. Плёнки с t_Со<5Å и отношением толщин 1/1, 1/2, 1/4 оказались парамагнитными или немагнитными. Намагниченность насыщения возрастает с увеличением отношения t_Co/ t_Mo и достигает максимальной величины ~1000 Гс при t_Со > t_Mо = 4/1 и t_Со= 60Å, оказываясь значительно меньше величины Is (массивный кобальт) = 1400Гс. Температурная зависимость намагниченности плёнок Со/Мо исследовалась в температурном интервале от 4,2 до 900К. Оказалось, что температура Кюри исследованных образцов сильно зависит от отношения толщин и гораздо меньше Тс массивного кобальта. Для образца Со10Å /Мо2,5Å Тс ~ 800К, а с увеличением толщины слоёв Мо до 40Å Тс уменьшается до 500К.

§1.4 Суперпарамагнитные свойства наночастиц Fe, Co и МСР Fe/Co.

В работе [²⁷] авторы изучили магнитное поведение ультратонких магнитных пленок Fe, напыленных на монокристаллическую подложку ГЦК Co(001), используя метод циркулярного магнитного дихроизма (ХМСД) синхротронного излучения. Они обнаружили, что Fe пленки толщиной менее 5 монослоев ML являются ферромагнитными и имеют тетрагональную ГЦК структуру. Моменты ионов Fe ориентированны в направлении плоскости (001) подложки. Пленки Fe с толщинами 5<x<11 ML имеют кубическую ГЦК структуру и они не магнитны при комнатной температуре. Пленки Fe с толщинами более 11 ML переходят в ОЦК структуру и являются ферромагнитными. Магнитные моменты ионов железа лежат в плоскости (001) подложки.

Авторы отмечают, что магнитная связь ионов Fe, находящихся в узлах тетрагональной ГЦК решетки (fcс), с ионами Co, расположенными в узлах ГЦК решетки (fcc), уменьшает величину коэрцитивной силы Hc, а связь bcc(ОЦК) Fe и fcc(ГЦК) Co увеличивает величину H_c почти в 5 раз по сравнению с bcc(ОЦК) Fe и fcc(ГЦК) Co.

В некоторых исследованиях [²⁸] авторы отмечали появление суперпарамагнитных свойств МСР Fe/Co. Обычно суперпарамагнетизмом называют явление, при котором частицы магнитного материала настолько малы, что кооперативный ферромагнетизм не наблюдается и остаточная намагниченность отсутствует в отсутствие внешнего поля. При этом такой набор частиц может демонстрировать сильные парамагнитные свойства. Дело в том, что ниже критического размера порядка нескольких десятков нанометров формирование многодоменного состояния становится энергетически не выгодным, и частицы представляют собой монодомены с большим количеством обменно-взаимодействующих атомных спинов. При температуре T=0 K для изменения направления намагниченности кластера требуется внешнее поле, способное преодолеть энергию анизотропии KV, где K – константа анизотропии, V – объем кластера. При температурах, когда энергия анизотропии сравнима с тепловой энергией, и внешнее магнитное поле H=0, намагниченность убывает по закону Аррениуса:

, где - собственная гиромагнитная частота частицы, - постоянная Больцмана, - время релаксации.

При комнатной температуре термическая энергия значительно больше, чем энергия анизотропии каждой частицы, так что все направления намагниченности можно считать эквивалентными. Тогда поведение намагниченности описывается классической функцией Ланжевена:

, где - магнитный момент каждого кластера, N –число кластеров.

Характеристики

Список файлов диссертации