Сканирующая зондовая микроскопия поверхностной шероховатости и магнитных наноструктур

• Автор: Грибков, Борис Александрович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 148 с. : ил.

Глава 1. Применение методов сканирующей зондовой микроскопии для
исследования наномасштабных свойств поверхности (литературный обзор)
1.1. Применение метода атомно-силовой микроскопии для исследований
шероховатости поверхности
1.2. Исследование состояний намагниченности в субмикронных ферромагнитных частицах методом магнитно-силовой микроскопии
1.3. Исследование состояний намагниченности в субмикронных ферромагнитных многослойных частицах методом магнитно-силовой микроскопии
Глава 2. Методы изготовления образцов и методики измерений
Глава 3. Исследования наномасштабных шероховатостей поверхности подложек методом сканирующей зондовой микроскопии
3.1. Особенности применения атомно-силовой микроскопии для анализа рельефа
поверхности подложек, сравнение с рентгеновскими методами
3.2. Исследование возможности сглаживания шероховатостей поверхности методом репликации при помощи тонких слоев полимерных материалов
3.3. Сравнительные АСМ исследования подложек, применяемых для изготовления многослойных рентгеновских зеркал
3.3.1. Измерения шероховатостей подложек, изготовленных в ИЛФ
(С. Петербург)
3.3.2. Исследование шероховатости подложек, изготовленных в оптической группе ФИАНа
3.3.3 Измерения шероховатостей подложек, изготовленных на Казанском оптико-механическом заводе
3.3.4 Измерения шероховатостей подложек, изготовленных в НПО “Композит”
3.3.5. Результаты сравнительных АСМ исследований шероховатости тестовых подложек
3.3.6. Исследование возможности изготовления сверхгладких асферических подложек
3.4. Выводы к главе

Глава 4. Исследования индуцированных магнитным полем МСМ зонда переходов между магнитными состояниями в ферромагнитных наночастицах
4.1. Исследование индуцированных магнитным полем МСМ зонда переходов между состояниями с однородной намагниченностью в субмикронных частицах Бе-Сг
4.2. Исследование индуцированных магнитным полем МСМ зонда переходов между однородным и одновихревым состояниями намагниченности в эллиптических частицах Со
4.3. Применение МСМ методик перемагничивания субмикронных частиц для управления свойствами джозефсоновских контактов
4.4. Выводы к главе
Глава 5. МСМ исследования состояний намагниченности в многослойных ферромагнитных частицах
5.1 МСМ исследования состояний намагниченности в двухслойных ферромагнитных частицах
5.2. Наблюдение индуцированных зондом МСМ эффектов перемагничивания в двухслойных ферромагнитных субмикронных частицах
5.3. Диаграмма магнитных состояний трехслойных субмикронных ферромагнитных частиц
5.4 Моделирование МСМ изображений трехслойных ферромагнитных частиц с коллинеарным и неколлинеарным состоянием намагниченности
5.5 Экспериментальные МСМ исследования трехслойных ферромагнитных частиц
5.6 Выводы к главе
Заключение
Список литературы
Список работ автора по теме диссертации

За последние двадцать лет сформировалось новое направление в исследовании свойств поверхности твердого тела с высоким пространственным разрешением -сканирующая зондовая микроскопия (СЗМ). Применение различных зондовых микроскопов, таких, как сканирующий туннельный (СТМ), атомно-силовой (АСМ), магнитно-силовой (МСМ), позволяет получать уникальную информацию о свойствах поверхности. Данная диссертационная работа посвящена развитию СЗМ методик и их применению для исследования особенностей микрорельефа сверхгладких поверхностей с различными типами микрошероховатостей и для исследования наномасштабных свойств различных магнитных наноструктур на основе ферромагнитных материалов.
Первая часть работы посвящена исследованиям шероховатости рельефа поверхности подложек, применяемых для изготовления многослойных зеркал рентгеновского диапазона длин волн. Традиционно для исследования наномасштабных неровностей рельефа поверхности применяются методы атомносиловой микроскопии и рентгеновской рефлектометрии (РР). В силу различной природы взаимодействия АСМ зонда и рентгеновского излучения с исследуемым образцом эти методы дают различную информацию о микрошероховатостях поверхности. Поэтому существует ряд метрологических проблем, связанных со сравнением результатов измерений, получаемых АСМ и РР методами, и их адекватной интерпретации. Часть диссертационной работы посвящена сравнению возможностей АСМ и РР методик по исследованию микрорельефа поверхностей с различным типом неровностей.
Шероховатость поверхности исходной подложки является одним из основных факторов, влияющих на качество интерфейсов многослойных зеркал рентгеновского диапазона длин волн, и, в конечном итоге, на их отражательные характеристики. Особенно важно использование высококачественных подложек с предельно низким значением шероховатости при создании короткопериодных зеркал жесткого рентгеновского диапазона, так как с уменьшением периода отражающих слоев влияние шероховатости на характеристики изготавливаемого зеркала существенно увеличивается. С другой стороны, требования к качеству зеркал существенно

Дебая-Валлера. Распространенным типом негауссовых поверхностей являются поверхности со случайными вкраплениями в виде бугорков, имеющих достаточно большие размеры и значительную поверхностную плотность [27,28]. Вклад ансамбля таких бугорков в величину среднеквадратичного отклонения высот рельефа поверхности и в рассеяние рентгеновского излучения можно оценить, используя следующую простую модель, предложенную в нашей работе [28]. Представим рельеф поверхности в виде суммы двух некоррелированных функций:
z = /сЛх’У)= /с(х’У)+ /р(х>у) > (3-3)
где fa(x,y) - поверхность, имеющая гауссово распределение по высотам, a fP(x,y) -функция, описывающая ансамбль бугорков, которую для определенности выберем в виде случайной пуассоновской функции:
/р{х’У)=И<рЛх-хш>у-у,„) ,

где (р,п{х,у) - функция, описывающая форму бугорков. Черезхт,ут обозначены координаты центра бугорков. Возьмем, для простоты, функцию <рт(х,у) одинаковой для всех бугорков в виде параллелепипеда высотой А и с площадью основания S„. Тогда выражение для дисперсии шероховатости такой поверхности при условии - 0 запишется в следующем виде:
°Îp =< fcP>-< for >2=°о +A2(p- /)’ (3-4)
здесь сг6.2- дисперсия шероховатостей Гауссовой поверхности, р - коэффициент заполнения поверхности случайными бугорками, равный отношению суммарной площади бугорков к общей площади поверхности образца. Скобками < > обозначена операция усреднения. Видно, что с ростом амплитуды случайных бугорков дисперсия шероховатости модельной поверхности растет как А2. Иная ситуация имеет место при рассеянии рентгеновского излучения. В Борновском приближении угловая зависимость коэффициента отражения для зеркальной компоненты излучения может быть представлена в виде [23,24]:
R{q) = RM)4'(4), (з.5)
где R0(q) - коэффициент отражения от идеально гладкой поверхности,
рассчитываемый по формулам Френеля, ip(q) - функция, учитывающая рассеяние