Диссертация (1103577), страница 4

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

Текст из файла (страница 4)

В последние годы было обнаружено множество магнитных систем, обладающих таким поведением. В работе [28] исследовались пленки, содержащие кластеры Co и Fe, которые были получены внедрением ионов Fe и Co в матрицу Ag. Эти пленки продемонстрировали идеальное суперпарамагнитное поведение при температурах выше 50 K для Fe и 150 K для Co. Проведенная оценка средних размеров кластеров дала примерно 30 Å для Fe и 28 Å для Co. Анализ низкотемпературных кривых намагничивания показал, что в обоих случаях кластеры имеют одноосную анизотропию. Пленки, изготовленные без серебряной матрицы в диапазоне температур от 10 до 300 K, пребывают в состоянии скоррелированного спинового стекла.

Экспериментально с помощью циркулярного дихроизма синхротронного излучения в работах [²⁹] [³⁰] было выявлено увеличение магнитного момента атомов Fe в кластерах Fe, на которые нанесено небольшое количество атомов Со. Было обнаружено, что в наночастицах из кластеров Fe_nСо_m ( n+m ≤ 6) магнитные моменты атомов Fe превосходят максимальную величину 2,45 _б для атомов Fe в случае массивных образцов сплава Со_хFe_1-х( х=0,3) на кривой Слэтера-Полинга.

Отсутствие гистерезиза при комнатных температурах, которое также является признаком суперпапамагнетизма, наблюдалось в пленках железа, нанесенных в работе [³¹] на MgO. С помощью метода отражения поляризованных нейтронов авторы определили магнитный момент атомов Fe, и он оказался равным (2.0±0.2) _B. Авторы наблюдали на поверхности MgO вместо непрерывной, тонкой пленки островки железа. Наилучшая аппроксимация функцией Ланжевена достигалась при размере островков содержащих порядка 1000 атомов Fe.

§1.5 Спиновый кроссовер .

В некоторых соединениях d4-d7 металлов происходит кооперативный переход между низкоспиновым (LS) и высокоспиновым (HS) состояниями под действием облучения, давления или температуры. Данный переход называется спиновый кроссовер и может проявляться у соединений, обладающих энергетически близкими электронными термами разной спиновой мультиплетности. Соединения со спиновым кроссовером делятся на две группы в зависимости от характера спинового перехода, который зависит от внутримолекулярных ян-теллеровских искажений и межмолекулярных взаимодействий: 1. резкий переход происходит скачкообразно за несколько градусов К, 2. Плавный переход, происходящий в широком диапазоне температур. Спиновый кроссовер в и комплексах рассмотрен в работах [³²],[33],[34].

В работе [³³] рассматривались одно и многоядерные цианид-мостиковые соединения с , в которых происходил температурный спиновый кроссовер, который выражался в плавном увеличении магнитной восприимчивости в области температур от 50 до 300К.

В работе [³⁴] рассматриваются комплексы с ионами . Ионы обладают различными спиновыми состояниями: низкоспиновое (S=1/2) и высокоспиновое (S=5/2). Обычно в комплексах со спиновым кроссовером, содержащих происходит плавный рост эффективного магнитного момента при повышении температуры от 100 до 300 к.

Глава 2.

Синтез образцов МСР Fe/Co/Mo и методы экспериментальных исследований

§2.1 Особенности роста и осаждения многослойных пленок и МСР.

Прежде чем рассматривать синтез образцов МСР Fe/Co/Mo по-видимому следует знать особенности их роста и осаждения на подложку, так как эти особенности в существенной степени определяют физические свойства синтезируемых образцов.

До определенного времени считалось, что многослойные пленки напыляются слой за слоем и имеют однородную структуру. Однако еще в 1939 году С. Эссинг [³⁵] сделал микрофотографии тонких пленок серебра, толщиной примерно 0.01 – 10 микрон, напыленных на слюду (мусковит) и обнаружил в них островковую структуру.

В современных работах с использованием новых методик исследования поверхностной структуры пленок, на особенности роста и осаждения пленок обращается большое внимание.

В работе [³⁶] исследовались смачивающие способности атомов серебра при напылении его на поверхность кремния. Методом сканирующей туннельной микроскопии было обнаружено, что уже двумерный слой серебра частично не смачивает поверхность подложки, образуя трехмерные островки.

Условия смачиваемости и несмачиваемости при изготовлении мультислоев обсуждаются также в работе [³⁷] в терминах энергий связи. Если обозначить ε_{А ­} -энергию связи между атомами вещества А _, ε_В, - энергию связи между атомами вещества В, а ε_АВ – энергию связи между атомами A и B, то условия смачиваемости и не смачиваемости будут выглядеть следующим образом:

ε_В+ ε_АВ < ε_А - атомы В смачивают поверхность, состоящую из атомов А.

ε_А cosθ + ε_АВ = ε_В -атомы А не смачивают поверхность, образованную атомами. θ – угол между гранью островка и поверхностью.

В работе [³⁸] рассматривается несколько наиболее распространенных моделей роста металлических пленок при синтезе методом молекулярно-лучевой эпитаксии:

1. Модель Вольмера-Вебера (трехмерная) соответствует формированию трехмерных островковых образований. В этом случае должно выполняться условие:

ε_e + ε_i- ε _s >0, где ε_e, ε_i, и ε_s свободные энергии эпитаксиального слоя, интерфейса и поверхности соответственно. В этом случае связь атомов в островках больше чем с атомами поверхности подложки, что приводит к преимущественному росту островков вверх.

2. Модель Франка – Ван-дер Мерве (двумерная) описывающая рост пленок «слой за слоем». Условие роста в данной модели:

ε_e +ε_i- ε _s ≤ 0.

При выполнении данного условия происходит последовательное заполнение подложки моно атомными слоями

3. Объединяющая предыдущие два случая модель Странски-Крастанова.

Также свойства получаемых материалов тонких пленок в существенной мере зависят от тех условий, при которых осуществляется осаждение распыленных атомов на подложку, зародышеобразование и рост наночастиц.

В процессе получения тонких пленок, независимо от метода создания потока компонентов на подложку процесс образования проходит через несколько стадий:

А) зарождение частиц новой фазы;

Б) рост размера частиц без изменения их числа;

В) дальнейшее увеличение размеров островков при одновременном уменьшении их плотности, - стадия коалесценции или оствальдовского созревания, при которой образуются контакты между островками, приводящие к их слиянию;

Г) слияние островков в сплошную пленку.

Каждый из указанных этапов характеризуется своими условиями, которые могут быть различными для различных материалов пленки и подложки.

Кроме этого, следует учесть, что при столкновении атомов из газовой фазы с поверхностью подложки возможны несколько вариантов:

1. Атомы могут прочно закрепиться на подложке.

2. Через некоторое время атомы могут испариться.

3. Атомы могут упруго отразиться от поверхности.

Вероятность упругого отражения может быть оценена как:

,

где E_k - кинетическая энергия атома падающего на подложку; E_d - энергия десорбированного атома до установления термодинамического равновесия с подложкой; E_t - энергия десорбированного атома после установления равновесия с подложкой.

Величина α _i может быть приближенно определена из решения уравнения Шредингера для случая столкновения налетающего атома с одномерной полубесконечной цепью упруго связанных атомов подложки. Решение этого уравнения показало, что отражением падающих частиц можно пренебречь, если их энергия меньше, чем 25 E_д, где E_д - потенциальная энергия десорбции, что справедливо практически при всех методах получения пленок (для металлов, например, E_д » 1 эВ, т.е. E_k должна быть не более 25 эВ). Кроме того при увеличении отношения массы падающего атома и массы атома подложки, вероятность полной термической аккомодации увеличивается. На основе той же модели было показано, что время релаксации энергии ~ 2/n , где n - частота колебаний атомов подложки (n ~ 10¹¹ - 10¹³ с^-1). Таким образом, можно принять, что установление термодинамического равновесия при столкновении атомов из газовой среды с подложкой происходит мгновенно.

При конденсации атомарных и молекулярных потоков металлов на подложку наблюдается большое разнообразие структурных характеристик пленок: от практически аморфного состояния (предельно неупорядоченное мелкокристаллическое состояние) до весьма совершенного монокристаллического состояния (эпитаксиальные пленки) [³⁹]. Такое разнообразие структур тонких пленок определяется условиями осаждения атомов на подложку и энергиями взаимодействия (энергиями связи) осаждаемых атомов между собой, а также взаимодействиями между атомами первого осаждаемого слоя и атомами подложки.

Следует отметить, что при формировании металлических кластеров с малым количеством n атомов (n<100) на подложке, минимум энергии состояния определяется посредством эффекта Яна-Теллера, при котором нарушается структурная симметрия [⁴⁰]. И эта Ян-Теллеровская структурная деформация является движущей силой аморфизации пленок, образованных металлическими кластерами с малым количеством атомов, когда большинство атомов кластера находятся на поверхности.

Многие переходные металлы, такие как W, Mo, Nb, Ta, проявляют склонность к образованию аморфной структуры в тонких пленках не только при низких температурах подложки, но и при более высокой, вплоть до комнатной.

Характеристики

Список файлов диссертации