Диссертация (1103577), страница 9

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

Текст из файла (страница 9)

Глава 3.

Экспериментальные результаты и их обсуждение.

§3.1. Исследование поверхности образцов.

В ажную роль в формировании морфологии слоев МСР играет структура поверхности подложки. В настоящей работе в качестве подложки использовалась слюда, так как измерения намагниченности одних и тех же образцов, напыленных на оптически полированное стекло, на ситал и на слюду, показали, что величина Iso(на слюде)> Iso(на стекле)> Iso(на ситале).

Б ыли проведены исследования поверхностной структуры МСР. На рисунке 3.1 представлены результаты исследований образца [Fe(14Å)Co(21Å)Mo(12Å)]*100 с помощью металлографического микроскопа MИM-7 с разрешением 2500Å. На рисунке отчетливо выделяются образования различных размеров и форм, также видны квазиодномерные нити. Возможно, они сформировались за счет того, что на поверхности слюды присутствует большое количество структурных неоднородностей: выступов и террас. Были проведены более детальные исследования структуры поверхности того же образца с помощью сканирующего зондового микроскопа Solver PRO НТ-МДТ (ЦКП Физический факультет) (рисунок 3.2). Из рисунка видно, что поверхность представляет собой островковую структуру, островки расположены более или менее упорядоченно и имеют эллиптическую форму (вытянуты вдоль направления поля напыления). Характерные размеры мелких островков примерно 400*1200 Å, также есть крупные образования 6000*4000 Å

Б ыли проведены исследования поверхности других образцов МСР с помощью сканирующего зондового микроскопа (Solver PRO HT-MDT, кантилевер NSG01/Co). На рис 3.3(а,б,в) представлен участок поверхности образцоа [Mo(12Å)Co(21Å)Fe(16Å)]*100, снятый контактным методом в режиме атомного силового микроскопа. Из рисунка видно, что островки имеют эллиптическую форму (вытянуты вдоль направления поля напыления). Характерные размеры: в направлении, перпендикулярном магнитному полю напыления, d(H_{_|_}) ~ 400-800 Å, в направлении магнитного поля напыления d(H_|| ) ~ 800-2000 Å, высота островковых образований h(z)~ (20÷100)Å.

Н а рис. 3.4(а,б,в) представлен участок поверхности образца [Fe(10Å)Co(7.8Å)Mo(23Å)]100, снятый контактным методом в режиме атомного силового микроскопа. Из рисунка видно, что островки упорядоченно расположены и также имеют эллиптическую форму (вытянуты вдоль направления поля напыления). Характерные размеры: в направлении, перпендикулярном магнитному полю напыления, d( H_{_|_}) ~ 500-700 Å, в направлении магнитного поля напыления d( H _|| ) ~ 1200-1500 Å, высота островковых образований h(z) ~ (20÷70)Å.

Также была изучена поверхность образца [Fe(18Å)Co(21Å)Mo(12Å)]*100, спонтанная намагниченность которого достигает 4800Гс. Структура поверхности отличается от таковой для остальных исследованных образцов. На рис 3.5 изображен участок поверхности образца [Fe(18Å)Co(21Å)Mo(12Å)]*100, на котором видны редко расположенные крупные вытянутые образования с размерами d(H_{_|_}) ~ 1000-1500 Å, в направлении магнитного поля напыления d(H_|| ) ~ 2200-2500 Å, высота островковых образований h(z) ~ (100÷150)Å. Данные образования расположены на поверхности, состоящей из густорасположенных более мелких островков сферической формы с размерами d ~ 400-800 Å. Кроме того из рис. 3.6 видно, что островки выстраиваются в упорядоченные ряды.

а)

б)

в)

а)

б)

в)

Рис.3.5 изображение участка поверхности образца [Fe (18Å)Co(21Å)Mo(12Å)]*100

а) трехмерное изображение

б) двумерное изображение 2*2мкм

в) распределение по размерам кластерных образований вдоль линии, обозначенной на б)

Рис.3.6 изображение участка поверхности образца [Fe (18Å)Co(21Å)Mo(12Å)]*100

а) трехмерное изображение

б) двумерное изображение 2*2мкм

в) распределение по размерам кластерных образований вдоль линии, обозначенной на б)

§3.2.Рентгенографические исследования структуры осаждаемых слоев в МСР Fe/Co/Mo.

С

Рис3.8.Дифрактограмма пленки из чистого кобольта на стекле

Рис3.7.Дифрактограмма пленки из чистого железа на стекле

труктурные исследования толстых пленок железа, кобальта и молибдена на подложке из стекла проводились на рентгеновском компьютеризированном дифрактометре ДРОН-ЗМ с графитовым монохроматором на рассеянном излучении. Использовалась рентгеновская трубка с медным анодом Cu (K_α) c λ=1,542 Å. Съёмка дифрактограмм производилась при комнатной температуре методом «по точкам». Регистрация импульсов в «точке» осуществлялась в течении 30 секунд, сканирование по углу (2θ) через каждые 0,25ْ .

Исследовались следующие образцы:

1

Рис3.9.Дифрактограмма пленки из чистого молибдена на стекле

. Пленка из чистого железа толщиной ~9000 Å на стекле.

2. Пленка из чистого кобальта толщиной ~11.600Å на стекле.

3. Пленка из чистого молибдена толщиной ~7000 Å на стекле.

Все плёнки напылялись в одинаковых условиях методом катодного распыления с осциллирующими электронами, на рис 3.7; 3.8; 3.9; представлены соответствующие дифрактограммы. Отметим следующие особенности:

а) все линии уширены

б) все исследованные плёнки поликристаллические.

Плёнка их чистого железа представляет собой ОЦК структуру с постоянной решётки а(Fe)=3,02 Å, что значительно превосходит а для массивного чистого железа(а=2,865 Å) , ∆а=0,155 Å. Идентификация рефлексов плёнок из чистого Co и Мо показала, что обе плёнки обладают ГЦК структурой с постоянными решёток а(Со)=4,24 Å, а(Мо)=4,21 Å.

Были определены размеры областей когерентного рассеяния рентгеновского излучения (кристаллитов) L в Å, используя методику, приведённую в статье [⁷³]. Для кубических кристаллов при отсутствии микронапряжений или их малости величина L определяется следующим соотношением:

L= λ/(β*cosθ), где λ– длина волны рентгеновского излучения, β – ширина рефлекса в единицах 2θ (в радианах), θ – дифракционный угол.

Для пленки из чистого железа L110=40 Å, L200=50Å

Для пленки из чистого кобальта L111=80 Å, L200=40 Å, L220=80Å

Для пленки из чистого молибдена L111=90 Å, L200=80 Å, L220=60Å

Осаждаемые плёнки из данных металлов при данных условиях напыления состоят из нанокристаллов, которые имеют некоторые изменения в определённых направлениях: 40Å<L(hkl)<90Å.

Рентгенографические исследования образцов МСР, напыленных на слюду, проводились на излучении Cu (K_α) c λ=1,542 Å на дифрактометре «STOE STADI P» в центре коллективного пользования физического факультета МГУ. Все образцы МСР на подложке из слюды оказались рентгено-аморфными, поскольку проведенные рентгенографические исследования не выявили наличие когерентных рефлексов. На дифрактограммах МСР, отмечаются лишь сильные рефлексы от плоскостей слюды в области углов 2 θ (37ْ, 46ْ, 56ْ, 67ْ).

§3.3. Изучение основных магнитных свойств сверхрешёток

Основные магнитные характеристики (спонтанная намагниченность Iso, остаточная намагниченность Ir, коэрцитивная сила Hc, эффективная константа анизотропии Keff) исследуемых образцов сверхрешёток были получены путём обработки соответствующих кривых намагничивания и петель гистерезиса. Измерения проводились на автоматическом вибрационном магнетометре, позволяющем проводить измерения намагниченности с точностью до 2·10^–7 e.m.u. (Гс*см³) в магнитных полях до ±15кЭ. Величина магнитного поля во время измерений изменялась по специально подобранной функциональной зависимости от времени, так, чтобы густота экспериментальных точек была больше в слабых магнитных полях.

Калибровка вибрационного магнетометра по величине спонтанной намагниченности проводилась по измерениям спонтанной намагниченности тонкой отожжённой фольги Ni (чистота 99,9%) того же самого диаметра (d=7mm), что и исследуемые образцы и в тех же самых условиях, в каких измерялись образцы Fe/Co/Mo (геометрия, держатели образцов, температура).

Измерения намагниченности и петель гистерезиса образцов проводились в следующих условиях:

А) Направление внешнего магнитного поля в зазоре электромагнита находится в плоскости образцов (в дальнейшем будем называть это измерениями «в плоскости образца»). 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»)

Б) Направление внешнего поля перпендикулярно плоскости образца (в дальнейшем будем называть это измерениями «перпендикулярно плоскости образца»).

Измерения кривых намагничивания и петель гистерезиса проводились в основном при комнатной температуре. Однако для некоторых образцов МСР Fe/Co/Mo проводились измерения температурных зависимостей намагниченности в диапазоне температур от 78К до 300К.

Некоторые измерения кривых намагничивания и петель гистерезиса при различных температурах, а также измерения температурных зависимостей намагниченности проводились на вибрационном магнитометре Lakeshore с максимальной чувствительностью Гс*см3 на кафедре магнетизма физического факультета МГУ.

3.3.1 Магнитные моменты атомов в кластерах ..

Для практического применения кластеров в качестве функциональных элементов спиновой электроники зачастую необходимо, чтобы они обладали повышенными значениями спонтанной намагниченности и константы магнитной анизотропии. Эти величины главным образом определяются значениями локальных характеристик i-го атома (i=1….n) кластера: его локальным моментом и локальной симметрией, определяющей величину спин-орбитального взаимодействия этого атома и, следовательно, ее локальную магнитную анизотропию . При этом магнитный момент кластера равен , где направления локальных магнитных моментов в кластере могут быть неколлинеарными.

Таким образом, следует рассмотреть поведение локальных магнитных атомов железа, кобальта и молибдена в соответствующих кластерах (свободных и осажденных на подложку) с малым количеством атомов (n<10).

Известно, что локальный магнитный момент атома формируется из спинового и орбитального моментов, т.е. . Величина атома переходных 3d, 4d, 5d элементов находится как ожидаемая величина его полного момента импульса (в случае (L, S) связи: , где - орбитальный момент атома, - спиновый момент атома) следующим образом [⁷⁴]:

Характеристики

Список файлов диссертации