WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Журнал технической физики, 2002, том 72, вып. 9 05;10;11;12 Распределение намагниченности в массивах субмикронных антиточек, приготовленных методом травления железо-никелевой пленки сфокусированным ионным пучком © А.Ю. Топоров Центр естественно-научных исследований Института общей физики РАН, 117991 Москва, Россия e-mail: topor@kapella.gpi.ru (Поcтупило в Редакцию 29 января 2002 г.) Антиточки размером 0.5 µm были приготовлены методом травления железо-никелевой пленки сфокусированным ионным пучком. Распределение намагниченности в полученных массивах антиточек исследовалось с помощью лоренцевой электронной микроскопии на просвет. Эти исследования показывают, что одна из сторон массива располагается под углом примерно 20 по отношению к направлению оси легкого намагничивания железо-никелевой пленки. Перемагничивание вдоль направления, близкого к направлению оси легкого намагничивания, начинается с процесса зарождения доменов на краях антиточек, перпендикулярных направлению приложенного поля и примыкающих к нетравленой области пленки, и продолжается движением доменной стенки. Перемагничивание вдоль направления, близкого к направлению оси тяжелого намагничивания, начинается в основном с процесса вращения намагниченности вне травленой области на краях антиточек и продолжается сложным движением доменных стенок. Показывается, что некоторые области между краями смежных антиточек могут рассматриваться как области, где возможна запись битов информации. Полученные результаты объясняются с точки зрения конкуренции энергий размагничивания, внутренней анизотропии и эффектом разориентации. Обсуждается возможность использования таких структур в качестве элементов памяти высокой плотности.

Одной из самых важных задач современных техноло- в массивах субмикронных антиточек, приготовленных гий, производящих магнитные диски, является увеличе- травлением СИП сплошной железо-никелевой пленки ние плотности записи информации. Эта цель может быть состава Ni80Fe20, исследуется методом лоренцевой ЭМ достигнута путем уменьшения размера зерна магнитно- на просвет при in situ приложении магнитного внешнего го материала и снижением величины обменного взаи- поля.

модействия между этими зернами. Однако при выпол- Антиточки были вытравлены в поликристаллических нении этих условий тепловая нестабильность магнит- Ni80Fe20 пленках толщиной 20 nm, осажденных на подного момента зерна становится серьезной проблемой. ложки из слюды с углеродным подслоем методом магОдним из возможных решений этой проблемы является нетронного распыления в аргоновой атмосфере. Сколитографическое разделение магнитного материала на рость осаждения составляла 3.3 nm/min, давление в массивы из отдельных магнитных „островков“, изоли- вакуумной камере перед напылением было 10-6 mbar рованных друг от друга немагнитной средой, причем при комнатной температуре и 6 · 10-3 mbar в процессе один „островок“ соответствует одному биту информа- напыления. Свежеосажденные пленки были отделены ции. Такие структуры получили в научной литературе от подложки посредством погружения в воду, а затем название магнитных точек [1]. Недавно появившиеся подняты и осаждены на медные сетки с размером в печати публикации описывают альтернативную маг- ячейки 200 200 µm.

нитным точкам конфигурацию, а именно немагнитные Массивы антиточек, имеющих квадратную форму, точки, окруженные магнитным материалом. По аналогии вытравливались в пленках с помощью системы СИП они получили название магнитных антиточек. В рабо- производства компании FEI (США), модель 200TEM.

тах [2–5] сообщается о микромагнитных исследованиях Ионы Ga, ускоряемые напряжением 30 kV, были испольмассивов магнитных антиточек с помощью магнитоси- зованы в качестве травящего агента. Величина ионного ловой и сканирующей магнитооптической керровской тока и размер пятна составляли 0.5 nA и 10 nm соотмикроскопии. Кроме того, моделировались поведение ветственно. Размер антиточки и отношение размера к и процессы магнитной записи в периодических масси- расстоянию между соседними антиточками было выбравах антиточек, но полученные результаты нуждаются но 0.5 µm и 1 : 2 соответственно.

в экспериментальном подтверждении [6]. Позднее, в Элементный анализ вытравленных областей провоработе [7] методом лоренцевой электронной микроско- дился путем исследования характеристических рентгепии (ЭМ) на просвет были исследованы массивы маг- новских спектров излучения, полученных в результате нитных антиточек, приготовленных травлением сплош- бомбардировки образцов электронами. Данный анализ ной пленки сфокусированным ионным пучком (СИП). проводился на электронном микроскопе JEOL 3000 F В настоящей работе распределение намагниченности с автоэмиссионным источником электронов.

Распределение намагниченности в массивах субмикронных антиточек... Лоренцевы ЭМ исследования доменной структуры массивов антиточек проводились с помощью электронного микроскопа JEOL 4000EX, модифицированного для исследования магнитных пленок [8]. Магнитное поле H напряженностью до ±400 Oe могло быть приложено в плоскости пленки in situ параллельно краям антиточек.

Перед началом эксперимента пленка несколько раз постепенно намагничивалась до насыщения как в прямом, так и обратном направлениях. Затем изображение доменной структуры, имеющей место в массивах антиточек как в состоянии с остаточной намагниченностью, так и в смещенном состоянии, регистрировалось на фотопленку.

ЭМ исследования пленок показали, что антиточки не имели квадратной формы, что связано с неравномерным распределением энергии по сечению ионного пучка. Элементный анализ показал, что вытравленные области свободны от элементов, составляющих материал пленки, и их края являются резкими. Лоренцевы ЭМ исследования продемонстрировали, что массивы антиточек расположены под углом примерно 20 по Рис. 1. Лоренцевы ЭМ изображения массива антиточек, отношению к направлению оси легкого намагничива- полученные при перемагничивании вдоль направления (1), ния (ОЛН) Ni80Fe20 пленки, определяемой как направ- близкого к ОЛН. Распределение намагниченности схематически показано ниже на диаграммах. H = 0 (a), 19 (b), 34 (c), ление, перпендикулярное так называемым „волнам ряби 57 Oe (d).

намагниченности“. Рис. 1, a показывает распределение намагниченности в массиве антиточек в состоянии с остаточной намагниченностью перед намагничиванием в направлении, близком к ОЛН. Схематическое распрерис. 1, c, такой напряженности поля недостаточно, чтобы деление намагниченности указано ниже на диаграмме преодолеть поля размагничивания, имеющие место в стрелками. Можно выделить три типа областей с различобластях 3. Некоторое количество магнитных доменов ным средним направлением намагниченности. Области еще остается закрепленным между углами или краями имеют горизонтальную ориентацию намагниченности соседних антиточек, поскольку величины приложенного вследствие эффекта размагничивания на краях антитомагнитного поля недостаточно, чтобы преодолеть энерчек. В областях 2 разориентация ОЛН и краев антиточек гетический барьер на краях антиточек. При увеличении приводит к диагональному распределению направления величины приложенного поля векторы намагниченнонамагниченности. В областях 3 энергия размагничивасти поворачиваются к направлению приложенного поля ния примерно равна энергии внутренней анизотропии.

(рис. 1, d). По мере того как величина приложенного Это приводит к тому, что ориентация намагниченности в поля уменьшается, магнитная пленка возвращается в этих областях зависит от локальных вариаций дисперсии состояние с остаточной намагниченностью. При измеанизотропии и неоднородности пленки. Перемагничиванении направления магнитного поля процесс перемагние в направлении, близком к ОЛН, начинается с зароничивания повторяется в другом направлении.

ждения доменов обратной намагниченности на краях анПеремагничивание в направлении, близком к направтиточек, перпендикулярных направлению приложенного лению оси тяжелого намагничивания (ОТН), отличаполя и примыкающих к нетравленой области пленки вне ется от такового в направлении ОЛН. На рис. 2, a массива антиточек. В полях примерно 14 Oe эти домены представлено распределение намагниченности в массиве начинают проникать внутрь массива вдоль рядов, паралантиточек в состоянии с остаточной намагниченностью лельных направлению приложенного поля (области перед in situ приложением магнитного поля. Хотелось и 2), причем среднее направление намагниченности в бы отметить одну существенную деталь, заключающуэтих доменах совпадает с направлением ОЛН вследствие юся в существовании областей, где намагниченность эффекта разориентации. Доменные стенки закрепляются в отсутствие приложенного поля распределена одинана краях антиточек, образуя длинные доменные стенки.

ковым образом. Эти области, обозначенные здесь и Тем временем области 3 в полях около 16 Oe начинают далее областями типа 1, имеют вследствие эффекта переключаться посредством движения доменных стенок.

На рис. 1, b представлено распределение намагниченно- размагничивания горизонтально направленные векторы намагниченности. В областях типа 2 и 3 эффекты разости в массиве антиточек в поле напряженностью 19 Oe.

Когда величина приложенного поля превышает 21 Oe, риентации направления ОЛН относительно краев антинамагниченность в областях 1 и 2 выстраивается вдоль точек и размагничивания приводят к диагональному и направления приложенного поля. Однако, как видно из вертикальному распределению направлений вектора наЖурнал технической физики, 2002, том 72, вып. 138 А.Ю. Топоров направление векторов намагниченности определяется суперпозицией приложенного поля, эффективного поля внутренней анизотропии и поля размагничивания, в то время как в областях типа 2, где влияние полей размагничивания на краях антиточек не столь эффективно, векторы намагниченности распределены в направлениях, более близких к направлению приложенного поля. Как и в случае перемагничивания, в направлении, близком к ОЛН, в массиве остаются домены, закрепленные между краями и углами антиточек. Причина существования таких доменов обсуждалась выше. При более высоких приложенных полях векторы намагниченности постепенно поворачиваются к направлению приложенного поля (рис. 2, d). Далее направление приложенного поля меняется, и процесс повторяется в обратном направлении. Следует отметить, что при перемагничивании массивов антиточек в направлении, близком к ОТН, распределение намагниченности во всех областях типа в состоянии с остаточной намагниченностью имело одну и ту же конфигурацию, воспроизводящуюся от одного Рис. 2. Лоренцевы ЭМ изображения массива антиточек, цикла гистерезиса к другому.

полученные при перемагничивании вдоль направления (2), Таким образом, с помощью лоренцевой ЭМ на проблизкого к ОТН. Распределение намагниченности схематичесвет было исследовано распределение намагниченности ски показано ниже на диаграммах. a–d — то же, что и на в массивах субмикронных антиточек, изготовленных при рис. 1.

помощи травления сплошной Ni80Fe20 пленки сфокусированным ионным пучком. Было показано, что перемагничивание вдоль направления, близкого к направлемагниченности соответственно. Перемагничивание начи- нию ОЛН, начинается с процесса зарождения доменов обратной намагниченности вне массива на краях аннается главным образом с процессов вращения векторов намагниченности на краях антиточек вне области, зани- титочек, перпендикулярных направлению приложенного поля, и продолжается простым движением доменных маемой массивом, и становится обнаруживаемым при стенок. В отличие от предыдущего случая, перемагнивеличине приложенного поля 65 Oe. При достижении приложенным полем величины 9 Oe области 2 начина- чивание в направлении, близком к направлению ОТН, ют перемагничиваться вращением векторов намагничен- инициируется главным образом процессами вращения векторов намагниченности и продолжается сложным ности, что проявляется в едва заметной переориентации „волн ряби намагниченности“ без какого-либо движе- движением доменных стенок. В массивах антиточек поддерживается существование областей, расположенных ния доменных стенок. По мере роста напряженности приложенного поля домены обратной намагниченности, между краями примыкающих антиточек, в которых распределение намагниченности воспроизводится от одного образующиеся на краях антиточек, перпендикулярных цикла гистерезиса к другому. Хотя эти области не являнаправлению приложенного поля, растут, сливаются друг с другом и проникают внутрь массива, частично лись, строго говоря, доменами, их можно ассоциировать с элементами магнитной памяти. Кроме того, обсуждаеизменяя распределение намагниченности в областях 1, как показано на рис. 2, b (нижний левый квадрат). Одно- мые структуры имели достаточно большие размеры, что не позволяет рассматривать их в качестве элементов для временно с этим в приложенных полях напряженностью около 19 Oe начинают перемагничиваться области 2. сверхплотной магнитной записи. Однако использование Перемагничивание областей данного типа происходит антиточек меньшего размера, оптимального отношения внезапным и быстрым скачком доменных стенок, при- размеров антиточек и расстояния между ними, а также чем вектор скорости движения стенки направлен под соответствующий выбор магнитного материала сделают углом примерно 45 по отношению к краям антиточек. массивы антиточек привлекательными структурами для Этот процесс заканчивается в полях около 25 Oe. Такое сверхплотной магнитной записи.

распределение полей переключения связано с неодноРабота была выполнена при частичной поддержке родностью магнитной пленки. На рис. 2, c приведен РФФИ (грант № 01-02-17753) и NATO/Royal Society массив антиточек, находящийся под влиянием прилоFellowship.

женного поля напряженностью 34 Oe. В областях типа 1 размагничивающее и приложенное поле благопри- Автор также благодарен Р.М. Лэнгфорду за помощь ятствуют ориентации вектора намагниченности вдоль в СИП травлении, а также Р.С. Дулу за любезную направления приложенного поля. В областях типа 3 помощь в проведении лоренцевых ЭМ измерений.

Журнал технической физики, 2002, том 72, вып. Распределение намагниченности в массивах субмикронных антиточек... Список литературы [1] White R.L., New R.M.H., Pease R.F.W. // IEEE Trans. Magn.

1997. Vol. 33. N 1. P. 990–995.

[2] Cowborn R.P., Adeyeye A.O., Bland J.A.C. // Appl. Phys. Lett.

1997. Vol. 70. N 17. P. 2309–2311.

[3] Cowborn R.P., Adeyeye A.O., Bland J.A.C. // J. Magn. Magn.

Mater. 1997. Vol. 173. P. 193–201.

[4] Otani Y., Kim S.G., Kohda T. et al. // IEEE Trans. Magn. 1998.

Vol. 34. N 4. P. 1090–1092.

[5] Yu. C., Jiang H., Shen L. et al. // J. Appl. Phys. 2000. Vol. 87.

N 9. P. 6322–6324.

[6] Torres L., Lopez-Diaz L., Alejos O. et al. // Physica B. 2000.

Vol. 275. P. 59–64.

[7] Toporov A.Yu., Langford R.M., Petford-Long A.K. // Appl. Phys.

Lett. 2000. Vol. 77. N 19. P. 3063–3065.

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.