WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

Изменение химического состава реального (неидеального) твёрдого раствора, как и структурно-фазовая конкуренция сопровождается реконфигурацией внешних атомных оболочек. Проявлением этой реконфигурации является изменение магнитных свойств, в частности намагниченности насыщения. Можно отметить, что систематическая bcc bcc fcc fcc aexp /aideal aexp /aideal нелинейность, т.е. общая тенденция к увеличению и с увеличением ne (рис. 2) коррелирует с тенденцией увеличения ISobs/ISa (рис. 3).

Усиление магнитного момента над кривой Слэтера-Полинга в нашем случае мы связываем с эффектом перестройки конфигураций внешних атомных оболочек в разупорядоченном сплаве, связанным с изменением состава в присутствии нанокристаллических гцк и оцк фаз.

В четвёртой главе обсуждаются условия возникновения обменного смещения в структурах типа Co/IrMn с альтернативным чередованием антиферромагнитного и ферромагнитного слоёв.

В разделе 4.1 приводятся угловые зависимости ФМР-резонансного поля в системе АФМ-ФМ с обменным смещением. В дополнение к одноосной магнитной анизотропии, действующей в ферромагнитных нанокристаллических плёнках, описанных в Главе 3, в системе АФМ-ФМ может действовать однонаправленная магнитная анизотропия, вызванная обменным взаимодействием на границе раздела между ферромагнетиком и антиферромагнетиком, т.н. обменное смещение. Природа и особенности проявления обменного смещения обсуждались в Главе 1. Имея это в виду, соотношения Кителя (1) могут быть обобщены на случай произвольной ориентации внешнего поля относительно вектора поля однонаправленной анизотропии. Такое рассмотрение было проведено в ряде работ. Полагая, что внешнее магнитное поле направлено под некоторым углом к направлению вектора обменного смещения, параллельного в свою очередь оси лёгкого намагничивания, в хорошем приближении, справедливом при достаточно больших значениях намагниченности насыщения 4Ms>>Hr, положение резонансного пика Hr определяется собственным резонансным полем Hr0=(/)/(4Ms) Co-слоя, полем бинаправленной кристаллографической анизотропии HK и полем однонаправленной анизотропии HEB, вызванной взаимодействием АФМ и ФМ слоёв:

Hr = - H cos - H cos (5) EB K 4M s В нашем эксперименте, – угол между направлением постоянного магнитного поля ФМР и направлением поля, приложенного при отжиге вдоль одной из сторон прямоугольного образца, т.е. характеризует ориентацию образца относительно постоянного поля ФМР-установки.

Наглядно продемонстрировано смещение резонансного поля в зависимости от ориентации образца относительно внешнего поля (рис. 5). Результаты, полученные из анализа угловой зависимости резонансного поля ФМР, находятся в качественном согласии с данными вибрационной магнитометрии (ВММ). На вставке к рис. приведены гистерезисные кривые, подтверждающие появление обменного смещения в результате отжига при Tanneal=2000С в магнитном поле. Кривые отличаются 4000 ===-200 -150 -100 -50 0 50 100 150 Поле, Э --=-400 800 1200 1600 Магн. поле, Э Рис. 5 ФМР-резонансные кривые поглощения для различных углов между направлениями магнитного поля ФМР-спектрометра и магнитного поля при отжиге образца. На вставке: гистерезисные кривые, полученные методом вибрационной магнитометрии для двух взаимно противоположных направлений магнитного поля.

антипараллельной ориентацией образца: 0 и 1800 оси лёгкого намагничивания относительно направления магнитного поля ВММ. Как видно из этого рисунка, за счёт однонаправленного обменного взаимодействия на интерфейсе Co/IrMn петля смещается в противоположные стороны для этих двух ориентаций.

TS-структура BS-структура -0 50 100 150 200 Температура отжига Tanneal, 0C Рис. 6 Зависимость поля обменного смещения HEВ для TS- и BSструктур от температуры отжига.

В разделе 4.2 обсуждается зависимость обменного смещения от температуры отжига (рис. 6). Видно, что обменное взаимодействие в TS-структурах типа Co/IrMn И нтенсивность, отн. ед.

EB Обменное смещение H, Э появляется при Tanneal=1500С. Т.е. при этой температуре IrMn-слой начинает магнитоупорядочиваться, что выражается в появлении обменного взаимодействия на АФМ/ФМ границе. При Tanneal=2000С обменное взаимодействие достигает максимально- го значения (HEB=133 Гс). Дальнейшее увеличение температуры отжига приводит к уменьшению взаимодействия АФМ и ФМ слоёв. Как уже отмечалось, эволюция магнитных свойств с отжигом BS-образцов с обратным чередованием слоёв (IrMn/Co) кардинально отличается от наблюдаемой для TS-слоёв. В частности, угловая зависимость резонансного поля соответствует (5) с нулевым значением HEB во всём диапазоне исследованных температур отжига (рис. 6).

В разделе 4.3 приведены данные зависимости поля одноосной анизотропии HK и резонансного поля для TS- и BS-структур в зависимости от температуры отжига. Поле одноосной анизотропии HK до Tanneal=2000С изменяется несущественно в TS- и BSструктурах, но при Tanneal=2500С начинает возрастать. С увеличением температуры отжига происходит достаточно резкий рост резонансного поля Hr0=(/)2/(4Ms), характеризующего только ФМ слой.

Раздел 4.4 посвящён обсуждению температуры блокировки и температуры Нееля. Стандартная методика установления обменного смещения состоит в нагревании структуры до температуры, превышающей температуру Нееля (TN) для антиферромагнитного слоя и ниже температуры Кюри для ферромагнитного (TС), и последующего охлаждения в присутствии магнитного поля, направленного вдоль плоскости либо при осаждении плёнки, либо при её отжиге. В нашем случае обменное смещение появляется в TS-структурах при Tanneal=1500C, что существенно меньше температуры Нееля для данного антиферромагнетика. Природа магнитного упорядочивания в тонких плёнках при Т

TB () - TB (tAF ) = ( ), (6) TB () tAF где 0 - корреляционная длина при Т=0 К. Для IrMn в [5] получены следующие значения параметров: 0=3.04 нм, =1.5 и TB() =523 K (2500С).

Предполагается, что значение TBB() равно значению TN для массивного антиферромагнетика. Из модели низкоразмерного масштабирования следует, что уменьшение TB связано с уменьшением TN при уменьшении толщины плёнки. Однако, это не доказано. Более того, имеются данные, полученные дифракцией нейтронов, правда для другой (Fe3O4/CoO) системы, свидетельствующие о росте TN (и уменьшении TB) с уменьшением толщины плёнки [6]. Эксперимент такого рода пока единственный, поэтому отвергать идею о синхронном снижении TBB и TN в исследуемой системе преждевременно. Снижение TN в тонкоплёночном антиферромагнетике может быть причиной появления магнитоупорядоченности и, следовательно, обменного смещения в нашем эксперименте, особенно если учесть наличие шероховатости, характерной для метода ИЛО, и соответственно, локальной вариации толщины плёнки.

Снижение HEB при отжиге, начиная с некоторой температуры, наблюдалось в нескольких работах и может быть следствием взаимной диффузии атомов Mn на границе ФМ/АФМ слоёв и по границам зёрен. Возрастание HK может быть интерпретировано также как начало достаточно активной атомной перестройки в ФМслое и атомного перемешивания на границе ФМ/АФМ, приводящих к выстраиванию атомных пар в ФМ-слое с усилением одноосной анизотропии вдоль магнитного поля при отжиге и ослаблению его намагниченности Ms благодаря перемешиванию слоёв на интерфейсе.

Различие в проявлении магнитных свойств в TS- и BS-структурах отмечалось и ранее. Во всех работах рост плёнок производился в присутствии магнитного поля, направленного вдоль поверхности подложки. Так в [7] были исследованы не отожжённые образцы IrMn/NiFe и найдено, что TS-структуры имеют более высокое HEB. Это коррелировало с большим, чем в BS-структурах, размером зерна в АФМ и тенденцией к эпитаксиальной когерентности на АФМ/ФМ-границе в TS-структурах.

Результаты находят свое объяснение в модели [8], согласно которой АФМ-зёрна с объёмом, большим JKA/K, где JK – энергия обменного взаимодействия на интерфейсе, A - площадь поверхности АФМ-зерна в контакте с ФМ-плёнкой и K – константа магнитной анизотропии в АФМ-плёнке, являются антиферромагнитными и дают вклад в обменное смещение. Зёрна же с объёмом, меньшим kT/K являются суперпарамагнитными и не влияют на величину HEB.

В нашей интерпретации мы исходим из соответствия решёток осаждаемых слоёв. В TS-системе АФM-слой осаждается на слой Со и параметр несоответствия (aIrMn - aCo ) / aCo = 0., в то время как в BS-системе параметр несоответствия (aIrMn 2 - aMo ) / aMo = 0.решёток. Это приводит к росту АФМ-слоя с нанометровым размером зёрен в суперпарамагнитной области и с пренебрежимой кристаллической анизотропией в полном согласии с работой [7]. Очевидно, анизотропия не усиливается и при возможном росте зёрен при отжиге.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ В работе рассмотрена взаимосвязь состава, структуры и магнитных свойств в ферромагнитных тонких плёнках сплава Co-Ni-Fe и в системе ферромагнетик/антиферромагнетик Co/IrMn. Были получены следующие основные результаты:

1. Развита технология электрохимического осаждения нанокристаллических двухфазных плёнок Co-Ni-Fe из раствора солей данных переходных элементов без дополнитительных органических добавок.

2. Предложена удобная форма представления соотношения концентраций Co,Ni, Fe в виде среднего числа электронов на формульную единицу ne. Используя это представление, впервые обнаружены нелинейные зависимости первого и второго порядка отношения концентраций гцк и оцк фаз в сплаве, параметров решётки гцк- и оцк фракций, а также намагниченности насыщения от соотношения концентраций сплава, т.е. от ne. Эти нелинейности имеют скоррелированный характер. Нелинейность первого порядка соответствует плавному росту параметров решётки с увеличением ne, по отношению к «идеальной» зависимости, следующей из закона Зена. Нелинейность второго порядка имеет колоколообразный характер и приходится на область ne, соответствующую равнодолевому присутствию гцк и оцк фаз сплава Co-Ni-Fe.

3. Впервые обнаружено превышение намагниченности насыщения по сравнению с зависимостью, следующей и диаграммы Слэтера-Полинга. Это превышение может быть связано с отмеченным выше относительным увеличением параметров решётки наноразмерных кристаллов.

4. В исследованиях условий возникновения обменного смещения в системе ФМ/АФМ было впервые установлено, что обменное смещение в системе с IrMn слоем, нанесённым на Co-слой, может быть инициировано путем отжига в магнитном поле при температуре существенно ниже, чем температура Нееля для массивных ферромагнетиков. Возможное объяснение этому – уменьшение TN для АФМ-плёнок с малой толщиной. Это приводит к локальному магнитному упорядочиванию на участках пониженной толщины рельефной АФМ-плёнки.

5. Установлено, что при одинаковых остальных параметрах осаждаемых слоёв изменение очерёдности нанесения слоёв Co и IrMn в многослойной структуре Mo/Co/IrMn/Mo принципиально меняет способность системы к наведению обменного смещения путем термического отжига. Предположительно, это связано с различной степенью несоответствия решёток Co/IrMn и Mo/IrMn, приводящей к существенно различной микроструктуре антиферромагнетика IrMn.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ A1. П.Н Черных, В.С.Куликаускас, Е.В. Хоменко, А.С. Узбяков, Н.Г. Чеченин “Исследование магнитомягких плёнок Co-Fe-Ni методом РОР и ERD” // Поверхность, 2006, №2, с.70-73.

A2. Е.В. Хоменко, Е.Е. Шалыгина, С.Н. Поляков, Н.Г. Чеченин “Электрохимическое осаждение и свойства ферромагнитных плёнок Co-Fe-Ni с толщиной до 500 нм.” // Перспективные материалы, 2006, №2, с. 66-72.

A3. N.G. Chechenin, E.V. Khomenko, J.Th.M. de Hosson “FCC/BCC competition and enhancement of saturation magnetization of nanocrystalline Co- Ni -Fe films” // Письма в ЖЭТФ, 2007, т.85, № 4, с. 251-254 [JETP Letters, 2007, Vol. 85, No. 4, pp. 212–215].

A4. E.V. Khomenko, E.E. Shalyguina, N.G. Chechenin “Magnetic properties of thin Co–Fe–Ni films” // Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2007, v. 316, pp. 451– 453.

A5. N. G. Chechenin, E. V. Khomenko, D. I. Vainchtein, and J. Th. M. De Hosson “Nonlinearities in composition dependence of structure parameters and magnetic properties of nanocrystalline fcc/bcc-mixed Co–Ni–Fe thin films” // J. Appl. Phys., 2008, v. 103, 07E738, 3pp.

A6. Е.В.Хоменко, Н. Г. Чеченин, А. Ю. Гойхман, А. В. Зенкевич “Обменное смещение в структурах IrMn/Co с альтернативным чередованием антиферромагнитного и ферромагнитного слоев” // Письма в ЖЭТФ, 2008, т. 88, №8, c.

693-697.

A7. П.Н Черных, В.С. Куликаускас, Е.В. Хоменко, Е. Сун, Н.Г. Чеченин.

“Исследование магнитомягких тонких пленок Co-Ni-Fe методом резерфордовского обратного рассеяния”. Тезисы докладов XXXV международной конференции по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами, Москва, 2005, с.174.

A8. E.V. Khomenko, E.E. Schalyguina, Yu. A. Koksharov, N. G. Chechenin “Magnetic properties of thin Co-Fe-Ni films with thickness below 500 nm.”, Moscow International Symposium of Magnetism (MISM), 25-30 June, Moscow, 2005, Book of Abstract, p.101.

A9. E. V. Khomenko, E.E. Shalyguina, N.G. Chechenin “Magnetic properties of thin Co-Fe-Ni films with thickness below 500 nm”, III Joint European Magnetic Conference, San Sebastian, 26-30 June, 2006. Book of Abstracts. P.- R009.

A10. N.G. Chechenin, E. Khomenko, D. Vainshtein and J. De Hosson “Nonlinearities in composition dependence of structure parameters and magnetic properties of nanocrystalline fcc/bcc-mixed Co-Ni-Fe thin films”, 52nd Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials, Nov. 5-9, 2007, Tampa, Florida, USA, Book of Abstracts, p. HF-12.

A11. Е.В. Хоменко, Н.Г. Чеченин, В.П. Петухов, В.А. Андрианов, С.И. Рейман, Н.И. Рохлов. “Влияние химического состава и структуры на ферромагнитные свойства нанокристаллических тонких пленок Co-Ni-Fe”, Научная конференция «Ломоносовские чтения», 2007, Программа, с. 94, Из-во МГУ.

А12. Е.В. Хоменко, Н.Г. Чеченин “Эффект усиления намагниченности в нанокристаллических тонких пленках Co-Ni-Fe”, Научная конференция «Ломоносовские чтения», 2007, Программа, с. 94, Из-во МГУ.

Pages:     | 1 | 2 || 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»