WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика твердого тела, 1999, том 41, вып. 7 Особенности ферромагнитного резонанса в пленках феррит-гранатов с ромбической магнитной анизотропией © В.В. Рандошкин, В.И. Козлов, В.Ю. Мочар, Н.В. Васильева, Н.А. Еськов, Ю.А. Дурасова Совместная хозрасчетная лаборатория ”Магнитооптоэлектроника” института общей физики Российской академии наук при Мордовском государственном университете, 430000 Саранск, Россия (Поступила в окончательном виде 13 ноября 1998 г.) Изучаются особенности ферромагнитного резонанса (ФМР) в висмут-содержащих монокристаллических пленках феррит-гранатов (ВМПФГ) без быстрорелаксирующих ионов, выращенных методом жидкофазной эпитаксии из переохлажденного раствора–расплава на подложках с ориентацией (110) и (210) и обладающих относительно невысокой ромбической магнитной анизотропией (РМА). Основное внимание уделяется однонаправленной магнитной анизотропии в плоскости пленки, а также влиянию на спектр ФМР переходного поверхностного слоя пленка/подложка.

Один из путей повышения быстродействия магнито- Пленки состава I выращивали методом жидкооптических устройств на базе висмут-содержащих мо- фазной эпитаксии из переохлажденного раствора– нокристаллических пленок феррит-гранатов (ВМПФГ) расплава на основе PbO–Bi2O3-B2O3 на подложках состоит в использовании ВМПФГ с ромбической маг- (Gd, Ca)3(Mg, Zr, Ga)5O12 с ориентацией (210). В отлинитной анизотропией (РМА) [1–7]. Эти материалы в чие от Pr-содержащих пленок с РМА [20] исследуемые общем случае обладают как осью легкого намагничива- ВМПФГ обладают относительно слабой анизотропией в ния, ориентированной под некоторым углом к нормали плоскости пленки, что позволяет наблюдать ФМР при к плоскости пленки [8,9], так и магнитной анизотропией любой ориентации внешнего магнитного поля.

в плоскости пленки, намного превышающей кристалло- Пленки состава II выращивались с использованием графическую кубическую. Такая магнитная анизотропия, того же растворителя на подложках Ca3(Nb, Ga)5O1в частности, имеет место, если в состав пленок с ориен- с ориентацией (110). Процесс эпитаксиального ротацией, отличной от (111), вместе с ионами Bi3+ входят ста ВМПФГ на этой подложке имеет ряд особенионы Y3+ [2,10–13]. ностей, включая необходимость сильного разбавлеИсследование динамики доменных стенок (ДС) в ния раствора–расплава и большого переохлаждения ВМПФГ с РМА [2–7,10–14] обнаружило ряд особенно- T 100 K [21,22]. Обнаружено [21,22] также, что стей: a) отсутствие эффекта генерации микродоменов пе- качество МПФГ выше, если использовать подложки ред движущейся ДС в МПФГ с РМА даже в том случае, с ориентацией (110), а не (111) (для других подлокогда пленка не содержит быстрорелаксирующих редко- жек, в частности (Gd, Ca)3(Mg, Zr, Ga)5O12, имеет место земельных ионов [7,12,13]; b) необычную ромбовидную обратная ситуация). Кроме того, пленки, выращенные форму динамических доменов [12]; c) так называемую на подложках Ca3(Nb, Ga)5O12, обладают относительно однонаправленную анизотропию скорости ДС [7,13,14]; толстым (2-10 µm) переходным поверхностным слоем d) сильную зависимость формы динамических доменов пленка–подложка (ПП) [21,22]. При исследовании плеи скорости ДСот магнитного поля Hin, приложенного в нок состава II влиянию именно этого обстоятельства на плоскости пленки (планарное магнитное поле) [13]. спектр ФМР уделялось основное внимание.

Необычные динамические свойства ВМПФГ с РМА, Содержание оксидов железа и галлия при выращивав том числе и однонаправленная анизотропия скорости нии пленок обоих составов было примерно одинаково.

ДС, находят свое объяснение в рамках спин-волнового Содержание лютеция в пленках состава II было примеханизма движения ДС [15,16], если предположить, что мерно на порядок меньше, чем иттрия. Анализ химии диапазон магнитных полей, где имеет место излучение ческого состава исследованных пленок не проводился.

спиновых волн, и параметр затухания зависят от напра- Заметим, что из-за деградации кристаллообразующих вления в плоскости пленки [17,18]. свойств висмут-содержащего раствора–расплава, привоПри исследовании ВМПФГ с РМА методом ФМР для дящей к изменению химического состава и параметров предотвращения возбуждения спин-волнового резонанса ВМПФГ, последовательно выращенных в одинаковых (СВР) выбирают пленки, содержащие в своем составе условиях [23], однозначная связь между составами шихбыстрорелаксирующие редкоземельные ионы (например, ты и выращенных пленок отсутствует.

ионы Dy3+, как и [19]). Обычно исследуемые образцы имели форму дисков Цель настоящей работы — изучение ФМР в ВМПФГ диаметром 2-3 mm с пленками с обеих сторон подс РМА, когда в состав пленок не входят быстро- ложки. ФМР наблюдали на частоте 9.24 GHz. Диапазон релаксирующие ионы. Для исследований были вы- развертки ФМР-спектрометра составлял от 0 до 9000 Oe.

браны ВМПФГ составов (Bi, Y)3(Fe, Ga)3O12 (I) и Регистрировали производные поглощения при увеличе(Bi, Y, Lu)3(Fe, Ga)3O12 (II). нии внешнего магнитного поля. Определяли резонансОсобенности ферромагнитного резонанса в пленках феррит-гранатов с ромбической... Рис. 1. Спектры ФМР при параллельном резонансе для ВМПФГ состава I для двух взаимно противоположных направлений.

ные поля при ориентации внешнего магнитного поля значений, различающихся на 180, причем нижний перпендикулярно (H, перпендикулярный резонанс) и спектр соответствует направлению, для которого значепараллельно (H, параллельный резонанс) плоскости ние резонансного поля крайней слева линии в спектре пленки. Об анизотропии в плоскости пленки судили минимально. Видно, что верхний спектр содержит более по азимутальной зависимости H () при параллельном 20 линий, что характерно и для пленок, не содеррезонансе. жащих быстрорелаксирующих ионов и не обладающих Поскольку исследуемые ВМПФГ не содержат бы- РМА [26]. Однако ширина линий, превышающая 10 Oe, строрелаксирующих магнитных ионов, а единственны- существенно выше значений (порядка 1 Oe), характерми медленнорелаксирующими ионами являются ионы ных для пленок без РМА, не содержащих быстрореFe3+, то эффективное значение гиромагнитного отно- лаксирующих ионов [26]. Это подтверждает предпошения в пленках такое же, как у ионов железа:

ложение, что параметр затухания зависит от наличия (1.76 · 107 Oe-1s-1). Это обстоятельство позволяет в эффективного внутреннего магнитного поля в плоскости отличие от [24,25] определить эффективное поле магнит- пленки [17,18]. При изменении направления внешнего ной анизотропии Hef f только по данным перпендикуляр- магнитного поля на противоположное в спектре ФМР ного резонанса, для которого резонансное соотношение (нижний спектр на рис. 1) остается всего две линии, можно записать как интенсивность которых различается на порядок, а сами линии существенно уширяются по сравнению с любой / = Hef f +H, (1) из линий на верхнем спектре.

где — круговая частота ФМР. Если же известно Уширение линий ФМР можно объяснить, слерезонансное поле при параллельном резонансе, то дуя [17,18], возрастанием безразмерного параметра затухания Гильберта при наличии эффективного поля Hef f = H -(/)2/H. (2) магнитной анизотропии в плоскости пленки и завиНа рис. 1 приведены спектры параллельного резонанса симостью параметра затухания от этого поля. Сущедля ВМПФГ состава I, которые получены для двух ственное различие спектров параллельного резонанса Физика твердого тела, 1999, том 41, вып. 1256 В.В. Рандошкин, В.И. Козлов, В.Ю. Мочар, Н.В. Васильева, Н.А. Еськов, Ю.А. Дурасова Рис. 2. Спектр ФМР при перпендикулярном резонансе для ВМПФГ состава I.

для взаимно противоположных направлений в плоскости вращение на длине волны 633 nm, P0 — равновесный пленки свидетельствует о наличии в плоскости пленки период полосовых доменов. Здесь же приводятся данные как однонаправленной магнитной анизотропии, так и для образца, выращенного на подложке Nd3Ga5O12 с однонаправленной анизотропии ширины линий в спектре ориентацией (110).

ФМР. Зависимость ширины линий ФМР от ориентации На рис. 3 приведен спектр параллельного резонанса внешнего поля в плоскости пленки при параллельном для МПФГ, выращенной из раствора–расплава I (обрарезонансе коррелирует с анизотропным уширением изо- зец № 1 в таблице). Видно, что в спектре присутствуют бражения движущейся ДС (переходная область между две линии ФМР разной ширины, причем первая, которой динамическими доменами с противоположной поляр- соответствует меньшее резонансное поле (низкополеностью, в которой протекает процесс локального вра- вая), обладает примерно вдвое большей шириной и щения намагниченности; эта область визуализируется относится к пленке (или слою) с анизотропией типа с помощью магнитооптического эффекта Фарадея при ”легкая плоскость” (Hef f = -1050 Oe), а вторая, котоскрещенных поляризаторе и анализаторе) в ВМПФГ рой соответствует более высокое резонансное поле (выс РМА, приводящим к однонаправленной анизотропии сокополевая), — к пленке (слою) с анизотропией типа скорости ДС [7,13,14]. ”легкая ось” (Hef f = 2920 Oe). Однако трудно предположить, что различие условий роста пленок на нижней и При перпендикулярном резонансе спектр ФМР также верхней сторонах подложки [27] может привести к столь содержит ряд достаточно широких линий (рис. 2). Их него следует, что эффективное поле одноосной маг- кардинальному изменению магнитной анизотропии. Между тем имеются физические механизмы, приводящие нитной анизотропии для данного образца находится в к формированию слоя ПП, магнитная анизотропия кодиапазоне 2100-2500 Oe (точное значение Hef f указать торого сильно отличается от анизотропии основного невозможно, поскольку для определения, какая из линий объема пленки. К их числу относятся растравливание является ”нулевой” модой для основного объема пленки, подложки на начальной стадии эпитаксиального роста требуются дополнительные исследования, включающие с дальнейшим вхождением растворенных компонентов послойное уменьшение толщины пленки). Однако ясно, подложки в состав эпитаксиальной пленки [28,29]. Бочто спектр ФМР (рис. 2) включает как нулевые моды для лее того, одновременно на одних участках подложки основного объема пленок на обеих сторонах подложки и может протекать процесс растворения подложки, а на переходных поверхностных слоев, так и моды СВР.

других — процесс эпитаксиального роста. Заметим, что Достаточно высокая ширина линий ФМР при перпендикулярном резонансе коррелирует с отсутствием генерации микродоменов перед движущейся ДС в ВМПФГ Параметры исследованных образцов состава II с РМА, не содержащих быстрорелаксирующих ио№ образца Подложка 2h, µm F, grad/mum P0, µm нов [7,12,13].

Параметры ВМПФГ состава II, результаты исследова1 Ca3(Nb, Ga)5O12 6.0 1.7 7.ния которых обсуждаются в данной работе, приведены 2 Ca3(Nb, Ga)5O12 4.8 1.5 13.в таблице, где 2h — суммарная толщина пленок на 3 Ca3(Nb, Ga)5O12 5.8 2.1 5.4 Nd3Ga5O12 1.8 1.8 5.обеих сторонах подложки, F — удельное фарадеевское Физика твердого тела, 1999, том 41, вып. Особенности ферромагнитного резонанса в пленках феррит-гранатов с ромбической... значения H не выходят за пределы развертки ФМРспектрометра, перпендикулярный резонанс в образце № 1 не наблюдается. При переходе от ориентации, когда внешнее магнитное поле приложено в плоскости пленки, к ориентации, когда оно перпендикулярно этой плоскости (по мере увеличения угла между направлением внешнего магнитного поля и плоскостью МПФГ), амплитуда сигнала ФМР резко уменьшается при одновременном уширении резонансной линии, так что при = 20 сигнал исчезает.

Для более тонкого образца № 2 при параллельном резонансе наблюдалась только одна линия ФМР Рис. 3. Спектр параллельного резонанса для ВМПФГ соста- с H = 5300 Oe, что дает расчетное значение ва II (образец № 1 в таблице).

H = 130 Oe. Перпендикулярный резонанс для него, как и для образца №1, не наблюдается.

Однако для образца № 3, синтезированного из раствора–расплава с меньшей концентрацией Y2O3 и как такой ”островковый” рост исследуемых ВМПФГ, так и интенсивное растворение подложки Ca3(Nb, Ga)5O12 Lu2O3, перпендикулярный резонанс наблюдается, причем имеется два достаточно разделенных пакета наблюдались в ростовых экспериментах [21,22]. Кроме линий ФМР (эти пакеты мы связываем с основным того, по мере наращивания ВМПФГ может протекать объемом пленки и слоем ПП соответственно) с процесс твердотельной диффузии, приводящий к сильрезонансными полями для наиболее интенсивных линий, ному изменению химического состава слоя ПП [30].

равными 2100 и 4200 Oe (рис. 4, a). Рассчитанные Полученные по данным рис. 3 значения Hef f позволяпо этим данным значения Hef f и H составляют ют рассчитать резонансные поля при перпендикулярном соответственно 1230 и 4000 Oe для первой линии и резонансе: H = 410 Oe для узкой линии ФМР и 4380 Oe для широкой. Несмотря на то что рассчитанные -870 и 2930 Oe для второй. Наличие двух пакетов линий Рис. 4. Спектры параллельного (a) и перпендикулярного (b) резонансов для ВМПФГ состава II (образец № 3 в таблице).

9 Физика твердого тела, 1999, том 41, вып. 1258 В.В. Рандошкин, В.И. Козлов, В.Ю. Мочар, Н.В. Васильева, Н.А. Еськов, Ю.А. Дурасова Ca3(Nb, Ga)5O12 с ориентацией (110), однонаправленная магнитная анизотропия в плоскости пленки отсутствует;

c) в ВМПФГ состава II, выращенных на подложках Ca3(Nb, Ga)5O12, толщина переходного поверхностного слоя пленка/подложка сравнима с толщиной основного объема пленки; d) в ВМПФГ составов I и II, обладающих РМА, линии в спектре ФМР существенно шире, чем в пленках без РМА.

Список литературы [1] В.В. Рандошкин, А.Я. Червоненкис. Прикладная магнитоРис. 5. Спектр перпендикулярного резонанса для ВМПФГ оптика. Энергоатомиздат, М. (1990). 320 с.

состава II (образец № 4 в таблице).

[2] В.В. Рандошкин, В.И. Чани, М.В. Логунов, В.П. Клин, Б.П. Нам, А.Г. Соловьев, А.Я. Червоненкис. Письма в ЖТФ 15, 14, 42 (1989).

[3] V.V. Randoshkin. Proc. SPIE 1307, 10 (1990).

с примерно равной интенсивностью свидетельствует об [4] V.V. Randoshkin. Proc. SPIE 1469, 796 (1991).

относительно большой толщине переходного поверх[5] В.В. Рандошкин. Магнитооптические пленки феррит-граностного слоя ПП, который обладает анизотропией типа натов и их применение. Труды ИОФАН 45, 49 (1992).

”легкая плоскость”.

[6] В.В. Рандошкин. Дефектоскопия 6, 58 (1997).

Для параллельного резонанса эксперимент (рис. 4, b) [7] В.В. Рандошкин, М.В. Логунов, Ю.Н. Сажин. ЖТФ 66, 4, дает серию линий, расположенных в диапазоне от 201 (1996).

до 4500 Oe, причем наиболее интенсивная линия распо[8] Е.Н. Ильичева, А.В. Дубова, В.К. Петерсон, Ю.Н. Федюложена ближе к верхней границе этого диапазона.

нин, А.Г. Шишков. ФТТ 35, 5, 1167 (1993).

Для сравнения на рис. 5 показан спектр ФМР [9] Е.Н. Ильичева, А.Г. Шишков, А.М. Балбашов, Ю.Н. Федюпри параллельном резонансе для ВМПФГ, выращен- нин, А.В. Клушина. ЖТФ 63, 11, 143 (1993).

ной на подложке Nd3Ga5O12, для которой не наблю- [10] T. Hibiya, H. Makino, S. Konishi. J. Appl. Phys. 52, 12, (1981).

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.