Диссертация (1103589), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Поверх первогомагнитного слоя толщиной 10 нм размещался разделительный слойдиэлектрика толщиной 2 нм, состоящий из алюминия, окисленного вплазме кислорода, что позволяет образовать непрерывный слой Al2 O3[140]. Поверх диэлектрика напылялся второй слой CoFe толщиной20 нм. Во время распыления поддерживалась атмосфера аргона сдавлением 4 · 10−3 Торр, скорость роста составляла 1 нм/с. Схематичноеизображение структуры представлено на рис. 3.1.
Помимо трехслойнойструктуры, в эксперименте изучался референсный образец, в качествекоторого использовалась однородная плёнка кобальта толщиной 60 нм настеклянной подложке.нм20м2н мн10цравкойлламерпРис. 3.1 : Схематичное изображение трехслойной системы (NiFe)CoFe/Al2 O3 /CoFe.803.1.2.Структуры с упорядоченной вихревой намагниченностьюИсследуемая структура представляла собой двумерную квадратнуюрешетку частиц треугольной формы из поликристаллического кобальта,расположенных на кварцевой подложке.
Период решетки составлял 1,4мкм, сторона треугольника 0,7 мкм толщина структуры 30 нм . геометрияструктуры схематично изображена на рис. 3.2; массив частиц располагалсяв квадрате 500 х 500 мкм. Качество изготовленных структур (однородностьформы и ровность профиля) определялось с помощью электронноймикроскопии, результаты которой представлены на рис. 3.3.XHZYw2wРис. 3.2 : Схематичное изображение образца и геометрии эксперимента.Исследуемая структура изготавливалась методом, аналогичнымописанному в [141], в институте физики микроструктур РАН (НижнийНовгород).
Первоначально готовилась многослойная структура. Наподложку SiO2 методом магнетронного напыления осаждалась пленкаСо толщиной 30 нм, затем пленка ванадия (V) 30 нм. На полученнуюструктуру центрифугированием наносился двухслойный резист (PMMA495 А2 и PMMA 950 А2). После экспонирования производилось проявлениев в растворе метил-изобутил-кетона (МИБК) в изопропиловом спирте(ИПС) в течение минуты и промывание в изопропиловом спирте в течение30 секунд. Затем методом магнетронного напыления осаждалось 10-15нанометров скандия (Sc). После этого проводилось удаление резиста спомощью операции “lift off” в ацетоне с использованием ультразвука (3-5минут) с последующим промыванием в изопропиловом спирте в течение30 секунд и сушки на центрифуге.
В итоге получаются частицы из81Sc на V. Так как скорость удаления Sc при реактивном травлении вплазме 70%CF+ (фреон) и 30%+2 меньше ( 0,5 нм/мин), чем у V ( 5нм/мин), то это позволяет удалить пленку ванадия толщиной 30 нм ссохранением рисунка в маске Sc. В результате травления ванадий остаетсятолько под скандием. Полученная структура подвергается затем ионнолучевому травлению ионами Ar+ с энергиями 900-1200 eV, при которомСо и Sc удаляются быстрее, чем V. Эта процедура позволяет получить накремниевой подложке структуры из Co с остатками маски из V сверху.
Сочастицы по форме и размерам с хорошей точностью повторяют рисунокмаски из Sc и V. Исследования с помощью сканирующего электронногомикроскопа показали, что данный способ изготовления позволил получитьболее ровные края (шероховатость обычно 8-10 нм) и более плавнуюформу, чем при использовании технологии, описанной в предыдущей главе.Однако применение ионного и плазмохимического травлений существенноувеличивают время изготовления частиц.Рис.
3.3 : Изображение участка образца, полученное растровой электронной микроскопией.В отсутствие внешнего магнитного поля исследуемые кобальтовыенаночастицы находятся в состоянии с вихревой намагниченностью, чтоподтверждается данными магнитосиловой микроскопии (МСМ) и изучениямагнитооптического эффекта Керра (МОЭК) [98] . Треугольная формакаждой частицы обеспечивает отсутствие зеркальной симметрии образцаотносительно плоскости, проходящей через основание треугольника(плоскость ZY рис. 3.2). Отсутствие указанной симметрии вызываетналичие предпочитаемого направления вихря, возникающего во всехчастицах после приложения (и снятия) магнитного поля вдоль оси OY,82направление вихря определяется полярностью приложенного магнитногополя (см.
раздел 1.4.2). В то же время, наличие симметрии относительноплоскости XZ делает одинаковыми вероятности образования "левых" и"правых" вихрей после приложения внешнего магнитного поля по осиOX, вне зависимости от полярности. Описанное свойство экспериментальноподтверждается результатами магнитосиловой микроскопии рис. 3.4.Результаты численного моделирования МСМ-изображения подтверждают,что оно соответствует вихревому распределению намагниченности вкаждой частице. Видно, что на рис. 3.4a) (после намагничивания пооси OY) состояние намагниченности во всех частицах одинаковое, вто время как на рис.
3.4б) (после намагничивания вдоль оси OX)присутствуют вихри различных направлений. Таким образом, имеетсявозможность исследовать появление среднего по структуре вихревогосостояния путем изучения магнитооптического отклика в различныхгеометриях расположения структуры и внешнего магнитного поля.0246 мкма)б)Рис.3.4 :Распределениенамагниченностивструктуре,полученноеметодоммагнитосиловой микроскопии после приложения магнитного поля вдоль стороны а) ивдоль высоты б) треугольной частицы.3.1.3.Особенности экспериментальной установкиИзучение линейного магнитного отклика структуры проводилосьпутем измерения зависимости коэффициента отражения от приложенногомагнитного поля (эффекта Керра) в экваториальном магнитном поле винституте физике микроструктур РАН (Нижний Новгород).
Изучениемагнитных эффектов во второй гармонике проводилось с помощью83установки, описанной в 2.3.1 при длине волны падающего излучения 800нм и экваториальной геометрии магнитного поля.Дляизучениямагнитоиндуцировннойвторойгармоникииспользовалась установка, описанная в 2.3.1 с магнитным полем,ориентированным перпендикулярно плоскости падения. Средняямощность была снижена до 25 мВт для избежания перегрева структуры,таким образом, мощность в импульсе составляла 2,5 кВт, излучениефокусировалось на образце в пятно диаметром 100 мкм. РегистрироваласьВГ, прошедшая через образец (для трехслойных структур) или отраженнаяот образца (для структур с вихревой намагниченностью).§ 3.2.Изучение магнитооптического отклика в трехслойныхструктурах3.2.1.Линейный магнитооптический эффект КерраТипичные зависимости величины эффекта Керра от приложенногомагнитного поля (петли гистерезиса) для p-поляризованного падающегоизлучения представлены на рис.
3.5а (меридиональный эффект),рис. 3.5б,в (экваториальный эффект). В петлях наблюдаетсяперемагничивание путем двух резких изменений намагниченности, чтосвязано с вкладами в магнитооптический эффект от двух слоев, имеющихразные коэрцитивности, определенные из экспериментальных данныхкак = 14 Э и = 93 Э. Таким образом можно выделить четыремагнитных состояния структуры, которые характеризуются параллельнойили антипараллельной намагниченностью слоев, что схематично показанострелочками на графиках.
Как видно из рис. 3.5 относительная величинаи знаки вкладов, связанных с различными слоями, зависит от ориентацииструктуры, в частности экваториальный эффект нечетен по отношению кизменению направления нормали.3.2.2.Генерация магнитоидуцированной второй гармоникиИзучение генерации ВГ в трехслойной структуре и референснойпленке кобальта в отсутствие внешнего магнитного поля показало чтоВГ p-поляризована, генерация происходит только в зеркальном илисоответствующем прошедшему лучу направлениях, что типично длягладких однородных металлических поверхностей [17, 81].1,0004(а)(б)1,00020,151,00000,120,09w0,99980,06q = 40-200-1000100oq = 700,9996200Магнитное поле, Э-150 -100 -500o50 100 150Магнитное поле, ЭКоэффициент пропускания,отн. ед.0,18Коэффициент пропускания,отн.
ед.Угол поворота плоскостиполяризации, отн. ед.840,321300,32125(в)0,321200,321150,321100,32105q = 70o-150 -100 -50w050 100 150Магнитное поле, ЭwРис. 3.5 :Меридиональный (а) и экваториальный (б,в) эффекты Керра в трехслойнойструктуре. Углы падения указаны на рисунке. Вставки схематично показывают падениеизлучения со стороны плёнки (а,б) или подложки (в). Двойные стрелки (а) отображаютнаправления намагниченности в двух слоях, изогнутые стрелки указывают направлениеобхода петель.При исследовании магнитоиндуцированной ВГ сначала проводилисьэксперименты с референсной пленкой.
На рис. 3.6а-в представленызависимости эффективности генерации p-поляризовнной ВГ от внешнегомагнитного поля в однородной плёнке кобальта толщиной 60 нм дляразличных углов падения при p-поляризованном излучении накачки.Форма полученных таким образом петель гистерезиса является типичнойдля квадратичного оптического отклика ферромагнитных поверхностей[17].
Экспериментальные зависимости аппроксимировались в соответствиис 1.23 (показано сплошной линией) при этом члены второй и болеевысокой степени по намагниченности оказались пренебрежимо малыи интенсивность второй гаромники соответствовала выражению 1.26.Зависимость () при аппроксимации задавалась в виде () ∝ arctan(( − )), где имеет смысл коэрцитивной силы.
Аналогичныезависимости, полученные при циркулярной поляризации падающегоизлучения, демонстрируют другую зависимость от угла падения рис. 3.6г-е. В этом случае значительно меньше величина магнитного контрастаинтенсивности ВГ в насыщающих полях, а также, наблюдается сменаего знака при угле падения 30∘ . Аппроксимация полученных данныхпоказывает необходимость учёта квадратичных по намагниченностислагаемых в силу подавления линейной составляющей.Магнитоиндуцированныенелинейно-оптическиеэффектывтрехслойнойструктуре(NiFe)CoFe/Al2 O3 /CoFeизучалисьприрегистрации прошедшей p-поляризованной волны ВГ при экваториально854025(а)20Интенсивность ВГ, отн. ед.30(г)οθ = 202015101005(д)30(б)20θ = 30104οθ = 302,0ο5οθ = 201,5(в)3,5(е)οθ = 40οθ = 403,0322,5-40-2002040-40-2002040Магнитное поле, ЭРис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
