Диссертация (1149607), страница 16
Текст из файла (страница 16)
5.6: Аппроксимация интенсивности в поперечном сечении дифракционной полосы распределением Лоренца (а). Образец – ИО на основе кобальта толщиной 0.5 монослоя. Аппроксимация интенсивности в продольном сечении дифракционной полосы распределением Гаусса (б). Образец –ИО на основе кобальта толщиной 2 монослоя.образование, можно приблизительно определить значение шероховатости.
На рис. 5.6(б) приведены результаты аппроксимации интенсивности синхротронного рассеяния вдоль полосы распределением Гаусса. Как и ожидалось, шероховатость возрастает при увеличении толщины ИО. Значение составляет 25 и 40 нм для ИО, выполненных из кобальта и имеющихтолщины соответственно 0.5 и 2 монослоя.
В случае ИО на основе никелявеличина была равна 20 и 30 нм для образцов толщиной 1 и 3.5 монослоясоответственно. Оценки величин шероховатости, полученные с помощьюметода GISAXS, согласуются со значениями, определенными посредствомАСМ.5.1.3. Комплементарное применение методов SAXS иGISAXSДля проведения достоверных МСМ измерений магнитного состояния ИОнеобходимо убедиться в отсутствии деформации поверхности относительнообъема образца. Структуру объема ИО можно определить с помощью метода SAXS. На рис.
5.7 представлены карты интенсивности SAXS, получен-106ные для ИО толщиной 0.5(а) и 3.5(б) монослоя. Все брэгговские рефлексына рис. 5.7(а) могут быть проиндексированы в рамках представления о наличии гексагональной монодоменной структуры у поверхности образцов.В случае двумерных ИО периоды структуры, найденные методами SAXS,GISAXS и АСМ, совпадали в пределах погрешности измерений.
При увеличении толщины образцов начинают проявляться эффекты, связанные синтерференцией излучения между монослоями ИО. Анализ карт интенсивности рассеяния показал, что образцы толщиной 3.5 монослоя имеют ГЦКструктуру. Дополнительные слабые максимумы на рис. 5.7(б) связаны смалой толщиной ИО и возможным наличием двойникования [247]. Периодструктуры образцов толщиной 3.5 монослоя, определенный методом SAXS,несколько превышает значение периода, найденное при помощи GISAXS,что указывает на наличие небольшой деформации приповерхностных слоев образца. Однако величина данной деформации (отличие периодов, измеренных методами SAXS и GISAXS) не превышает 5% и не должна оказатьвлияние на корректность интерпретации данных МСМ.Таким образом, было установлено, что поверхность ИО толщиной до 4монослоев представляет собой монодоменную гексагональную решетку.
Качество поверхности сильно деградирует с ростом толщины образцов. ИО,выполненные из кобальта, имеют более шероховатую поверхность, чем ИОна основе никеля. Поверхность ИО практически не деформирована относительно объема. Для проведения дальнейших исследований магнитныхсвойств ИО методом МСМ больше всего подходят ИО на основе никелятолщиной до 4 монослоев. Размер области когерентного рассеяния составил6 мкм.
Следовательно, для осуществления достоверных МСМ измеренийнеобходимо выбрать схожий размер области сканирования.107Рис. 5.7: Карты интенсивности SAXS на ИО, выполненных из кобальта(толщина 0.5 монослоя)(а) и никеля (толщина 3.5 монослоя) (б). Отмеченыосновные брэгговские максимумы двумерный гексагональной решетки (а)и ГЦК структуры (б). Квадратом обозначен один из рефлексов, запрещенных для ГЦК структуры. Синхротронное излучение было направленоперпендикулярно поверхности образцов. Время экспозиции 10 с.1085.2. Исследование магнитного упорядочения втонких пленках ИО, выполненных из никеля, с помощью магнитно-силовой микроскопии5.2.1. ИО толщиной 0.5 монослояИО толщиной 0.5 монослоя представляют собой разновидность структур супорядоченными порами (antidot array, раздел 1.3 ).
АСМ изображение поверхности ИО на основе никеля толщиной 0.5 монослоя и соответствующиераспределения фазового контраста представлены на рис. 5.8. Внешнее полебыло приложено вдоль направления [11] двумерной гексагональной решетки, составляющей поверхность ИО. Расстояние между иглой кантилевераво время второго прохода и поверхностью образцов во всех экспериментахсоставляло 100 нм.Можно видеть, что значительный фазовый контраст наблюдается только над полостями ИО. В пространстве между ними вариация фазового контраста была мала. В то же время в отсутствии внешнего магнитного полясистема разбивается на неупорядоченные магнитные домены, расположение и форма которых слабо связаны с геометрической структурой поверхности. Такое поведение типично для систем упорядоченным пор, имеющихбольшой период структуры [155, 292].109Рис.
5.8: АСМ изображение поверхности ИО на основе никеля толщиной 0.5монослоя (а). Изображения фазового контраста, полученные во внешнеммагнитном поле, приложенном вдоль направления [11] и равном -70 мТл(б), 70 мТл (в) и 0 мТл (г). Направление поля указано синей стрелкой нарисунке (б).1105.2.2. ИО толщиной 3.5 монослояОднако ситуация изменяется при исследовании методом МСМ ИО на основе никеля толщиной 3.5 монослоя. В данных структурах уже сформированаэлементарная ячейка ГЦК структуры.
На рис. 5.9 показано АСМ изображение поверхности ИО и карты фазового контраста, полученные при различных значениях величины внешнего магнитного поля. Поле было приложеновдоль направления [121] ГЦК структуры. Вариация контраста наблюдается не только над полостями ИО, но и в районе перемычек (рис. 5.9(б, в)).Контраст является упорядоченным в полях близких к точке пересеченияветвей кривой гистерезиса, составляющей 70 мТл для данных образцов. Всостоянии остаточной намагниченности фазовый контраст разупорядочивается. Однако его структура между соседними полостями, расположенными вдоль оси [121], изменяется слабо, что может быть связано с влияниеманизотропии формы перемычек на процесс перемагничивания.Наблюдаемый фазовый контраст не удалось интерпретировать в рамках модели поверхностных зарядов [293], которая обычно используется дляобъяснения экспериментов по МСМ. Вследствие трехмерности ИО в полученную картину распределения фазового контраста дает вклад намагниченность всей системы, а не только приповерхностных слоев.
Следуетотметить, что при приложении внешнего поля вдоль направления [121] вИО должна возникать компонента намагниченности перпендикулярная поверхности образцов. Вместе с тем, намагниченность на поверхности упорядочивается по полю. Таким образом, наблюдаемая картина распределенияфазового контраста состоит из нескольких вкладов и может быть объяснена только при помощи проведения микромагнитных расчетов.Для выполнения данных расчетов необходимо определить, какие именно элементы ИО расположены на поверхности образца. Вариация толщиныповерхности даже в пределах половины монослоя приводит к изменениюее структуры [250].
Анализ глубины полостей и толщины перемычек показал, что на поверхности рассматриваемого образца ИО располагаютсяквазитетраэдры и "нижние"(вдоль оси [111]) части квазикубов (рис. 5.10).Грани квазитетраэдров образуют характерные впадины на топографиче-111Рис.
5.9: АСМ изображение поверхности ИО на основе никеля толщиной 3.5монослоя (а). Изображения фазового контраста, полученные во внешнеммагнитном поле, приложенном вдоль направления [121] и равном -70 мТл(б), 70 мТл (в) и 0 мТл (г). Направление поля указано синей стрелкой нарисунке (б).112Рис. 5.10: АСМ изображение поверхности ИО на основе никеля толщиной3.5 монослоя (а) и соответствующая модель (б). Стрелками отмечены квазитетраэдры и части квазикубов, расположенные на поверхности.
Синимпрямоугольником на рис.(а) обозначена область, вдоль которой снималисьпрофили фазового контраста (рис. 5.12)ских изображениях поверхности.Было проведено моделирования части поверхности ИО, состоящей изквазикуба и трех ближайших к нему квазитетраэдров (рис. 5.11(а)). Размагничивающее поле, создаваемое образцом вычислялось в области, ограниченной параллелепипедом на рис. 5.11(б) (внешнее поле было направлено вдоль длинной стороны параллелепипеда, сонаправленной с [121]).Типичный вид распределения намагниченности в данной системе показанна рис. 5.11(в).
Правило спинового льда было выполнено во всех квазитетраэдрах. Можно видеть, что распределение размагничивающего поля надобразцом нетривиально (рис. 5.11(г)).Как было отмечено в разделе 2.4, при использовании игл ASYMFMHC(Asylum Research) фазовый контраст оказывается пропорциональнымвеличине 2 , где – перпендикулярная поверхности компонента размагничивающего поля образца.
В ходе вычислений данная величине усреднялась по области размером 30 нм, примерно соответствующей радиусуострия иглы. Рассчитанная величина 2 во всех случаях была домножена на один и тот же масштабный коэффициент для удобства сравнениявычисленных значений с экспериментальными данными.Вычисленные и измеренные профили фазового контраста вдоль обла-113Рис. 5.11: Модель области поверхности, состоящей из части квазикуба итрех ближайших к нему квазитетраэдров (а); распределение размагничивающего поля вычислялось в пространстве, ограниченным прямоугольнымпараллелепипедом (б) (внешнее поле было направлено вдоль длинной стороны параллелепипеда); вычисленное распределение намагниченности вмодели (величина внешнего поля 70 мТл) (в); рассчитанное распределениеразмагничивающего поля в пространстве над образцом (величина внешнего поля 70 мТл) (г), для наглядности цветом указана проекция поля на осьoX.
Система координат ориентирована вдоль трансляций ГЦК структуры.114сти между двумя соседними полостями ИО, расположенными параллельнооси [121] (рис. 5.10(а)), приведены на рис. 5.12. Поле также было приложено вдоль направления [121]. Начало координат на рис. 5.12 расположенонад квазикубом. Результаты вычислений показали, что рассматриваемыйэлемент поверхности ИО может находиться в двух основных состояниях,показанных на вставках на рис. 5.12(а, в). Данным состояниям соответствуют инвертированные фазовые контрасты. В состоянии остаточной намагниченности (рис. 5.12(б)) конфигурация магнитных моментов в перемычках не изменяется.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
