Диссертация (1145326), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Положение резонансов смещается при изменении величиныполя анизотропии и размеров частиц.Одним из перспективных материалов является аморфный гидрогенизированный углерод a-C:H(Co) с наночастицами кобальта. Исследовались потери электромагнитного излу36чения в гранулированных структурах a-C:H(Co), напыленных на поликоровые и кевларовые подложки в областях ниже перколяционного порога и в области порога перколяции вслучае, когда матрица a-C:H находилась в изолирующем состоянии [94, 121, 169, 229, 232–248].
Экспериментальные зависимости могут быть объяснены в терминах модели кластерных электронных состояний и спин-поляризационного релаксационного механизма.Радиопоглощающие покрытия на основе гранулированных структур с ферромагнитными металлическими наночастицами обладают преимуществами перед покрытиями, основанными на ферритах – они в несколько раз легче и тоньше. Кроме этого, поглощениеэлектромагнитного излучения происходит в широком диапазоне частот.
В противоположность этому, ферритовые покрытия имеют поглощение в более узком частотном диапазоне, который определяется естественным ферромагнитным резонансом этого покрытия.Покрытия на основе нанокомпозитов являются перспективными для применения в Stelthтехнологии [249]. Свойства поглощения ЭМВ гранулированными структурами a-C:H(Co)рассмотрены в разделе 5.5. На основе проведенных исследований созданы многослойныетонкие широкополосные поглощающие покрытия, содержащие слои a-C:H(Co) и a-C:H(Ni),с поглощением не менее 10 dB в диапазоне частот 8 - 80 GHz [248]. На разработанные радиопоглощающие покрытия получены патенты [250, 251].1.5Литературный обзор главы 6. Магнитосопротивление структур с металлическими магнитными наночастицамиВ 6 главе будет рассмотрен эффект магнитосопротивления, наблюдавшийся в гранулированных пленках с ферромагнитными металлическими наночастицами и в гетероструктурах гранулированная пленка / полупроводник.
Явления спинового транспорта, спиновойинжекции и магнитосопротивления наблюдались на множестве структур.1. Спиновая инжекция в немагнитный полупроводник имеет место при низких температурах в гетероструктурах магнитный полупроводник / немагнитный полупроводник[257–259] и ферромагнитный металл / немагнитный полупроводник [260–265]. При комнатной температуре спиновая инжекция незначительна.2. Спиновая инжекция в гетероструктурах ферромагнитный металл / изолятор / полупроводник более эффективна по сравнению со спиновой инжекцией в гетероструктурахферромагнитный металл / полупроводник [266–270]. В настоящее время максимум спиновой поляризации инжектированных электронов достигнут на структурах с барьером MgOна GaAs (47 % при 290 K) [268].3.
Эффект гигантского магнитосопротивления (GMR) наблюдался в магнитных металлических мультислойных структурах [271–274]. Для трехслойных структур типичные значе37ния GMR при комнатной температуре составляют 5 - 8 %.4. Большие значения туннельного магнитосопротивления (TMR) были получены на основемагнитных туннельных контактов (MTJ) в структурах ферромагнетик / изолятор / ферромагнетик [275–285].
Спин-зависимое туннелирование определяется не только свойствамиферромагнитных электродов, но также зависит от электронной структуры изолирующегобарьера. Максимальное значение TMR со значением 500 % при комнатной температуренаблюдалось на структуре MTJ с барьером MgO [284].5. Эффект магнитосопротивления (MR) наблюдался на гранулированных структурах, состоящих из диэлектрической матрицы и ферромагнитных металлических наночастиц [85,134, 304, 308, 312, 313, 315, 320].
Максимальное значение MR при комнатной температуредостигало 13.3 % для структуры MgFx (Fe0.51 Co0.49 ) [320].6. Экстремально большие значения магнитосопротивления были достигнуты в гетероструктурах полупроводник / гранулированная пленка с ферромагнитными металлическими наночастицами и в гетероструктурах полупроводник / островковая пленка с кластерами 3d-металлов на интерфейсе на основе эффекта лавинного процесса, порог которогоуправляется магнитным полем [99, 100, 161, 162, 285–289, 291, 292]. Значения магнитосопротивления на основе изменения лавинного процесса достигают 320000 % на гетероструктуреполуизолирующий GaAs / островковая пленка MnSb с покрытием Sb [288].В этой работе будут рассмотрены магнитосопротивления двух структур: гранулированных пленок с ферромагнитными металлическими наночастицами и гетероструктурполупроводник / гранулированная пленка с ферромагнитными металлическими наночастицами в области развития лавинного процесса в полупроводнике.1.5.1Магнитосопротивление гранулированных пленок с ферромагнитными металлическими наночастицамиОтрицательное магнитосопротивление при малых напряженностях электрического поляМагнитосопротивление (MR) в гранулированных структурах, состоящих из изолирующей матрицы и ферромагнитных металлических наночастиц, исследовалось как при малых, так и при больших величинах приложенного электрического поля.
В зависимости отвеличины электрического поля наблюдались различные особенности электронного транспорта в магнитном поле. Рассмотрим работы, в которых наблюдалось отрицательное MRпри малых напряженностях электрического поля.Наиболее ранние исследования магнитосопротивления были проведены в [304] на гранулированных пленках SiO2 (Ni) в слабых (270 G) и сильных (4000 G) магнитных полях.Концентрация частиц Ni в исследованных образцах составляла от 42 до 68 vol.%. Размер38частиц был равен 5 nm. Были обнаружены резкие пики на концентрационной зависимости магнитосопротивления с максимумом в районе 50 vol.% Ni. MR имело отрицательныезначения и достигало 1.5 %. На температурной зависимости магнитосопротивления наблюдался пик, который был более выражен в слабых магнитных полях.
Данный эффектбыл объяснен в [301] и связан со сменой ферромагнитного и суперпарамагнитного упорядочивания гранул, что отражается на туннелировании электронов между ближайшимигранулами, имеющими неколлинеарные магнитные моменты.Магнитные и электронные транспортные свойства гранулированных структурSiO2 (Co), содержащих наночастицы Co с размерами 5 nm, изучались в [134]. Магнитосопротивление образцов с содержанием Co от 20 до 60 vol.% было отрицательным.
Наибольшие величины MR наблюдались в области ниже порога перколяции. Температурныезависимости магнитосопротивления, снятые при малых магнитных полях (56 Oe), имелитемпературные максимумы, обусловленные переходом из суперпарамагнитного в ферромагнитное состояние при температуре блокировки (Рис. 1.7). Температурные максимумыMR пропадали при измерениях в больших магнитных полях (1 kOe). Авторами отмечается, что нахождение температуры блокировки из температурных максимумов при малыхполях является одним из самых точных методов определения температуры магнитногоперехода.В работе [305] исследовалось магнитосопротивление в гранулированных структурахMgF2 (Fe). Пленки MgF2 с наночастицами Fe толщиной от 30 до 200 nm были напылены настеклянные подложки.
Размер частиц Fe составлял 3 nm. Магнитосопротивление в структурах, находящихся ниже перколяционного порога, было отрицательным и достигало 4 %при комнатной температуре и 7.5 % при 78 K. Зависимость MR от магнитного поля имела форму кривой, пропорциональную квадрату намагниченности пленки, и определяласьвзаимной ориентацией спинов соседних гранул. Наибольшие величины MR наблюдались вобласти, находящейся ниже порога перколяции. Обнаружено, что, если гранулированнаяструктура находится при температуре ниже точки блокировки, то кривая намагничиванияи зависимость MR от магнитного поля имеют гистерезисные петли.Сравнительный анализ спин-зависимого электронного транспорта был произведен наструктурах, содержащих наночастицы Ni и Co в металлической матрице Ag и диэлектрической матрице SiO2 [306].
Гранулированные пленки толщиной 100 nm были напыленына стеклянные подложки и содержали от 30 до 100 vol.% металлической фазы Ni или Co.Ниже порога перколяции для пленок SiO2 (Ni) и SiO2 (Co) наблюдались отрицательные величины магнитосопротивления, которые не зависели от ориентации магнитного поля H,и зависимости MR от H для этих структур были аналогичны зависимостям магнитосопротивления для Ag(Ni) и Ag(Co).
Наибольшая величина магнитосопротивления наблюдалась вблизи перколяционнного порога. Для пленок с большим содержанием Ni и Co(88 vol.%), находящихся выше перколяционного порога, MR было резко анизотропным:39Рис. 1.7: Отрицательное магнитосопротивление −∆ρ/ρ для пяти образцов с разными объемными концентрациями Co в зависимости от температуры при 56 Oe [134].40при токе, параллельном ориентации H, магнитосопротивление было положительным, притоке, перпендикулярном полю, величина MR была отрицательной. Можно предположить,что обнаруженный эффект анизотропии вызван существованием доменной структуры.Теоретическая модель магнитосопротивления гранулированных структур разработана в [307].
Согласно ей магнитосопротивление обусловлено туннелированием электроновмежду гранулами и определяется их взаимной ориентацией спинов. Модель позволилаобъяснить наблюдаемую зависимость магнитосопротивления от магнитного поля и температуры. Эта зависимость хорошо аппроксимируется зависимостью, аргументом которойявляется квадрат функции Ланжевена с параметром µH/kT .Несколько работ было посвящено эффекту увеличения магнитосопротивления при низких температурах, связанному с кулоновской блокадой.
Значительное увеличение магнитосопротивления с уменьшением температуры было выявлено в [85, 308, 309] на гранулированных пленках Al2 O3 (Co) (Рис. 1.8). При этом в [309] отмечается, что температурнаязависимость MR показывала меньшие температурные изменения, чем зависимость T −1 ,представленная в [301].
В работах [85, 308] гранулированные пленки имели толщины от1 до 2 µm. Концентрации частиц Co, имеющих размер 2 - 3 nm, были равны 36, 46, 52и 54 at.%. Магнитосопротивление измерялось в CPP-геометрии (current-perpendicular-toplane) в магнитном поле 12 kOe. С уменьшением концентрации Co наблюдался рост MR поабсолютной величине, которая доходила до 10 % при комнатной температуре для образцас 36 at.% Co. При T = 2 K величина MR возрастала до 24 %.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
