WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. 5 Ферромагнитный и спин-волновой резонанс в мультислойных пленках Co/Pd/CoNi © Р.С. Исхаков, Ж.М. Мороз, Л.А. Чеканова, Е.Е. Шалыгина, Н.А. Шепета Институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук, 660036 Красноярск, Россия Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, 119899 Москва, Россия Сибирский государственный университет путей сообщения, Красноярск, Россия Сибирский аэрокосмический университет, Красноярск, Россия E-mail: rauf@iph.krasn.su (Поступила в Редакцию 5 июля 2002 г.) Установлено, что величина и знак обменного взаимодействия ферромагнитных слоев Co (5nm) и CoNi (5nm) через Pd зависят от ориентации намагниченностей ферромагнитных слоев. При ориентации намагниченностей в плоскости слоев обменное взаимодействие может быть как ферро-, так и антиферромагнитным. При ориентации намагниченностей ортогонально плоскости слоев обмен всегда положителен (при dPd < dc ) и равен нулю при dPd > dc (dc — некоторая критическая толщина слоя Pd).

Работа выполнена при поддержке гранта ККФН-РФФИ „Енисей-2002“ № 02-02-97717.

Исследованию магнитных свойств многослойных ме- ми не только регистрировать эффекты, обусловленные таллических систем, представляющих собой чередую- этой эффективной константой обменного взаимодейщиеся слои типа ферромагнетик/ферромагнетик, ферро- ствия, но и измерять ее величину в таких композитмагнетик/парамагнетик, ферромагнетик/диамагнетик, по- ных материалах, как ферромагнитные мультислойные пленки.

священо огромное количество экспериментальных и Настоящая работа посвящена экспериментальному истеоретических работ [1,2]. Интерес к данным объектам обусловлен возможностью создания пленочных мате- следованию спектров ферромагнитного и спин-волнового резонансов в такой сложной композиционной сисриалов (путем подбора толщины, химических составов индивидуальных слоев) с необходимым набором маг- теме, как мультислойные пленки Co/Pd/CoNi, проведенному с целью определения параметра эффективного нитных характеристик. Хорошо известно, что феррообменного взаимодействия и выяснения зависимости магнитные слои Fe, Co, Ni и их сплавов, разделенэтого параметра от толщины индивидуальных слоев.

ные слоями неферромагнитных металлов Ag, Pt, Cr, Cu и т. д., могут быть в зависимости от толщины неферромагнитного слоя обменно-связанными ферро1. Экспериментальные результаты магнитным или антиферромагнитным образом. Наличие этого обменного взаимодействия между ферромагнитныОсновное внимание в работе уделялось изучению реми слоями, разделенными металлической прослойкой, зонансных характеристик мультислойных пленок Co/Pd, приводит к формированию в мультислойной пленке Co/CoNi, Co/Pd/CoNi в двух различных геометриях единой в магнитном отношении системы. В результа(внешнее поле параллельно и перпендикулярно плосте интегральные электрические и магнитные характекости пленки). Экспериментальные результаты позвористики (кривые перемагничивания, перпендикулярная лили нам определить эффективные константы обменанизотропия и т. д.) этих мультислойных структур во ного взаимодействия этих композитных материалов и многом будут определяться неким эффективным обрассчитать парциальные значения константы обменного менным взаимодействием. В то же время традиционвзаимодействия в индивидуальных слоях, составляющих ные методики (низкотемпературный ход намагниченмультислойную пленку.

ности насыщения, нейтронография и т. д.), используе- Известно, что СВР является весьма чувствительным мые для определения величин обменного интеграла, и специфическим методом исследования, накладываописывающего взаимодействие локального магнитно- ющим определенные требования на качество пленки го момента с его ближайшим окружением в ферро- (отсутствие макрогетерофазности в плоскости слоев, магнетиках, оказываются неинформативными для изу- малые значения ширины линии резонансного поглочения эффективного обмена мультислойных структур. щения и т. д.). Используемый нами метод химическоРезонансные методы исследования — ферромагнит- го осаждения позволяет синтезировать качественные ный (ФМР) и спин-волновой резонанс (СВР) — являют- многослойные структуры, пригодные для исследований ся, пожалуй, единственными методиками, позволяющи- резонансными методами.

Ферромагнитный и спин-волновой резонанс в мультислойных пленках Co/Pd/CoNi щина пленок [Co (5nm)/Pd (x)/CoNi (5nm)]7 менялась от 70 до 130 nm. Третья серия мультислойных пленок изготавливалась в виде [Co (X nm)/CoNi (X nm)]10. Толщины ферромагнитных слоев Co и CoNi выбирались равными, их величина варьировалась от 2 до 10 nm, так что суммарная толщина этих пленок менялась от до 200 nm.

На рис. 1 представлены резонансные характеристики образцов этих трех серий, измеренные в двух геометриях (магнитное поле параллельно и перпендикулярно плоскости пленки). Как видно из представленных экспериментальных кривых, в серии образцов Co/Pd спектр ФМР в параллельной геометрии представлен одной резонансной линией, координата (величина резонансного поля Hr) и ширина линии Hr которой слабо зависят от толщины слоя Pd. Величина этого резонансного поля может быть определена из стандартного выражения 1/= H(4Meff + H) (1) Рис. 1. Типичные резонансные спектры образцов трех серий, измеренные в двух геометриях: магнитное поле параллель- ( — гиромагнитное отношение).

но (H ) и перпендикулярно плоскости пленки (H). a —сеПленки второй и третьей серий характеризовались рия Co/Pd, b — серия Co/Pd/CoNi, c — серия Co/CoNi.

особым спектром ФМР: при параллельной ориентации как пленок [Co (5nm)/Pd (x)/CoNi (5nm)]7, так и пленок [Co/CoNi]10 относительно внешнего поля в спектре ФМР уверенно наблюдались два резонансных пика:

Рассмотрим спектры ФМР и СВР мультислойных низкополевой (как оказалось обусловленный слоями Co) пленок Co/Pd, Co/Pd/CoNi. Спектры СВР данных плеи высокополевой пик (обусловленный слоями CoNi).

нок изучались на стандартном спектрометре x-band с На рис. 2 приведены зависимости резонансных полей частотой накачки резонатора f = 9.2 GHz при комнатиндивидуальных ферромагнитных слоев от толщины ной температуре. Для ферромагнитных пленок толщипрослойки Pd в пленках Co/Pd/CoNi. Эти результаты ной 200 nm СВР обычно реализуется в диапазоне волноне описываются выражением (1), которое нуждается вых векторов стоячих спиновых волн от 105 до 106 cm-1.

теперь в модификации. Что касается случая перпендиДля исследования мультислойные пленки были полукулярной ориентации пленок, то здесь для всех трех чены химическим осаждением из водного раствора солей серий пленок наблюдается спектр СВР. На спектрах соответствующих металлов на стеклянную подложку.

СВР пленок Co/Pd/CoNi и Co/CoNi наблюдается до Первая серия образцов состояла из трех пар бислодевяти пиков, на пленках Co/Pd — до пяти пиков; анализ ев Co/Pd. При этом толщина слоев Co была постоянной:

спектров позволяет заключить, что здесь реализуется d1 = 5 nm, а толщина d2 слоев Pd изменялась от 0.закрепление поверхностных спинов, близкое к киттедо 4 nm, общая толщина пленок не превышала 30 nm.

Проведенные нами ранее исследования рентгенограмм тонких пленок Co-P свидетельствовали о том, что при введении в раствор Co от 5 до 9 at.% P полученный осадок имел структуру, характерную для гранецентрированной кубической (ГЦК) упаковки атомов. Таким образом, введение фосфора в количестве 7 at.% обеспечило ГЦК-структуру слоям Co в мультислойных пленках Co/Pd и неискаженную ГЦК-структуру слоям Pd, осаждаемых на слои Co. Вторая серия исследуемых образцов отличалась от первой введением в мультислойную структуру Co/Pd дополнительного слоя CoNi.

Присутствие 20 at.% Ni в растворе Co позволило создать в мультислойных пленках [Co/Pd/CoNi]7 ферромагнитные слои с разной намагниченностью. Толщины ферРис. 2. Зависимость полей ферромагнитного резонанса индиромагнитных слоев Co и CoNi, как и в первой серии видуальных ферромагнитных слоев от толщины прослойки Pd образцов, были постоянными (d1 = 5nm), а толщина dв пленках Co/Pd/CoNi при параллельной ориентации образцов слоя Pd варьировалась от 0.5 до 4 nm, суммарная тол- во внешнем магнитном поле.

Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. 848 Р.С. Исхаков, Ж.М. Мороз, Л.А. Чеканова, Е.Е. Шалыгина, Н.А. Шепета Считается, что в случае dA = dB = d и пренебрежения полем анизотропии (HK eff A = HK eff B = 0) полная энергия для двухслойной взаимодействующей системы может быть записана в следующим виде:

E = -(HMA) +2M2 cos2 d A A + -(HMB) +2M2 cos2 d - JEMAMB. (3) B B Дисперсионное соотношение для этой системы, определяемое решением уравнения Ландау–Лифшица и записанное в виде (/)4 - (/)2 H4(MA + MB) Рис. 3. Типичные зависимости резонансных полей Hr от квадрата спин-волновой моды n2 спектров СВР серии пле- + 8JEMAMB + J2 (MA + MB)2 + H2162MAMB нок Co/Pd/CoNi. 1 — [Co (5nm)/Pd (0.9 nm)/CoNi (5nm)]7, E 2 — [Co (5nm)/Pd (2.7 nm)/CoNi (5nm)]7.

+ H162MAMBJE(MA + MB) + H4J2 (MA + MB)(M2 + M2 ) =0, (4) E A B левскому: интенсивности нечетных пиков более чем при больших значениях JE имеет корни, соответствуна порядок превышают интенсивности четных пиков.

ющие акустическим и оптическим колебаниям векторов Угловая зависимость, поведение интенсивностей пиков и намагниченности ферромагнитных слоев A и B. В случае порядок их расположения указывают на то, что в данных выполнения условия JE 0 также получаем два корня, пленках наблюдаются спин-волновые моды. Резонансные которые и описывают две резонансные кривые для поля этих мод описываются стандартным киттелевским областей с различными значениями намагниченности выражением (MA и MB) 2Aeff n = H - 4Meff +, (2) M d = 4MAH + JEMBMA, 2 где n — номер пика, d — общая толщина пленки, Meff и Aeff — основные параметры композиционной = 4MBH + JEMAMB. (5) системы, нуждающиеся в определении. Отстраивая Hr 2 от квадрата n, получаем возможность экспериментальноНанесение экспериментальных значений резонансных го измерения величины Aeff. На рис. 3 приведены зависиполей двух мод, полученных из спектров ФМР для мости резонансных полей Hr от квадрата спин-волновой мультислойных пленок Co/Pd/CoNi, на кривые, расмоды n2 спектров СВР серии мультислойных пленок считанные из выражения (5), позволило определить [Co (5nm)/Pd (x)/CoNi (5nm)]7 (вид спектра СВР призависимость JE(dPd). Вычисленная таким образом заведен на рис. 1).

висимость JE(dPd) представлена на рис. 4. Рассчитанные значения JE изменяются в пределах от 0.2. Анализ экспериментальных результатов Выскажем предположение, что смещение резонансных пиков слоев CoNi и Co в мультислойных пленках Co/Pd/CoNi от значений Hr для реперных пленок (однослойные пленки Co и CoNi характеризовались одним резонансным пиком, соответствующим обычному ФМР) обусловлено обменной модификацией величины внутреннего поля индивидуальных слоев [3]. Выражение для этой обменной модификации может быть получено с использованием модели связанной двухслойной пленочной системы, состоящей из двух ферромагнитных слоев, взаимодействующих друг с другом через промежуточный немагнитный слой с энергией взаимодействия на Рис. 4. Зависимость константы межслойного обменного взаединицу площади EAB = -JEMAMB, где JE — величина имодействия в пленках Co/Pd/CoNi от толщины слоев Pd, обменного взаимодействия, а векторы MA и MB обозна- вычисленная из спектров ФМР, полученных при параллельной чают намагниченности в слоях A и B соответственно [4]. ориентации пленок во внешнем магнитном поле.

Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. Ферромагнитный и спин-волновой резонанс в мультислойных пленках Co/Pd/CoNi слойные пленки Co и CoNi толщиной 200 nm каждая.

Для реперных образцов при перпендикулярной ориентации пленок во внешнем магнитном поле снимались спектры СВР, отстраивались зависимости Hr от n2 и измерялись величины A. Полученные реперные значения ACo = 1.2 · 10-6 erg/cm и ACoNi = 0.5 · 10-6 erg/cm совпадают по величине с известными табличными значениями для аналогичных пленочных образцов.

Отметим, что, согласно теории, лежащей в основе метода СВР для мультислойных структур, величина эффективной константы обмена, определяемая из спектров СВР для данной мультислойной структуры (Co/Pd/CoNi), зависит как от величины парциальных Рис. 5. Зависимость константы обмена, полученной из спекобменных взаимодействий Ai, характеризующих слои Co тров СВР при перпендикулярной ориентации образцов во и CoNi, так и от парциального обмена между ферромагвнешнем магнитном поле для пленок Co/Pd/CoNi, от толщины слоев Pd (1) и расчетная зависимость для константы обменно- нитными слоями, осуществляемого через слои Pd. В раго взаимодействия через слои палладия APd (2).

боте [7] предложено использовать следующее выражение для определения эффективной константы обменного взаимодействия мультислойной пленки через парциальные обмены в индивидуальных слоях ферромагнитных до 0.01 · 10-6 erg/cm в зависимости от толщины слоя Pd.

металлов, образующих мультислойную систему:

Период осцилляций JE(dPd) равен 0.7 nm. Видно, что зависимость JE(dPd) описывается произведением осцилd d1 d= + +..., (6) лирующей функции на некую функцию f, убывающуюс Aeff A1 Aростом dPd.

где d1 и d2 — толщины индивидуальных слоев разПоскольку в проведенных нами систематических исличного состава в этих мультислойных пленках с следованиях магнитооптических свойств (эффект Факонстантами обмена в них A1 и A2 соответственно, радея, экваториальный эффект Керра) мультислойных d = d1 + d2 — период мультислойной пленки. Нетрудно пленок Co/Pd, Co/Pd/CoNi [5,6] также наблюдались сопоказать, что в случае выполнения условия d1 = dответствующие осцилляции, можно сделать вывод об выражение для Aeff (6) эквивалентно выражению в [8] изменениях электронной структуры этих композитных материалов по сравнению с однослойными пленками Co.

Aeff = A 1 - ( A/ A )2, (7) Таким образом, анализ особенностей спектра ФМР для случая пленок Co/Pd/CoNi, а также особенностей кригде A = (A1 + A2)/2, A = A1 - A = A -Aвых намагничивания в пленках Co/Pd показывает, что (A1 - A2)/2.

индивидуальные ферромагнитные слои в этих пленках Поэтому выражение (7) может быть использовано связаны между собой межслойным обменным взаимодля расчета парциальных обменов для пленок Co/CoNi, действием JE, величина и знак которого меняются при изготовленных с равными толщинами ферромагнитных изменении толщины Pd.

слоев.

Перейдем теперь к анализу спектров СВР. ПостроеОбнаружение на спектрах СВР для этих пленок до дение линейной зависимости Hr от n2 позволило вычисвяти пиков, описываемых выражением (2), и построение лить величину эффективной константы обменного взаилинейной зависимости Hr от n2 позволили вычислить модействия Aeff для композиционного материала, сфор- величину эффективной константы обменного взаимомированного модуляциями Co/Pd, Co/Pd/CoNi, Co/CoNi.

Pages:     || 2 |



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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.