Межслоевая связь нанокристаллических магнитных Co/Cu/Co пленок

• Автор: Самардак, Александр Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 167 с. : ил

Содержание
Введение

Глава I. Межслоевая обменная связь в тонкопленочных мультислойных

структурах (обзор литературы)

1.1. Введение

1.2. Прямая и косвенная обменная связь в тонкопленочных металлических структурах

1.2.1. Предсказание косвенного обменного взаимодействия

1.2.2. Гигантское магнитосопротивление и антиферромагнитная косвенная обменная связь

1.2.3. Осцилляции косвенной обменной связи в многослойных металлических структурах

1.3. Биквадрагичная обменная связь и ее механизмы

1.3.1. Открытие биквадратичной связи

1.3.2. Экспериментальные исследования биквадратичной связи
1.3.3. Механизмы биквадратичной обменной связи
1.4. Выводы
Глава II. Методы исследования
2.1. Технология получения пленок методом магнетронного распыления
2.2. Методы исследования магнитных и магниторезистивных параметров
2.2.1. Индукционный метод
2.2.2. Измерение магнитосопротивления четырехточечным компенсационным методом
2.3. Методы исследования структуры
2.3.1. Электронно-микроскопические исследования
2.3.2. Атомно-силовая микроскопия
Глава III. Магнитные и магниторезистивные свойства
Со/Си/Со пленок с косвенной обменной связью

3.1. Введение
3.2. Осцилляции магнитосопротивления, коэрцитивной силы и
поля насыщения с изменением толщины немагнитной прослойки
3.3. Влияние кристаллической структуры и межслоевой обменной
связи на коэрцитивную силу Со/Си/Со пленок
3.4. Температурная зависимость коэрцитивной силы и намагниченности насыщения пленок
3.5. Выводы
Глава IV. Межслоевая связь Со/Си/Со пленок
4.1. Введение
4.2. Модель и энергия трехслойной магнитной наноструктуры
4.2.1. Энергия межслоевого взаимодействия Со/Си/Со пленок
4.2.2. Свободная энергия трехслойной магнитной системы
4.3. Энергия косвенной обменной связи Со/Си/Со пленок
4.3.1. Билинейная и биквадратичная связь трехслойных
Со/Си/Со пленок
4.3.2. Влияние биквадратичной связи на магнитные и магниторезистивные свойства Со/Си/Со пленок
4.3.3. Влияние толщины медной прослойки и микроструктурных изменений на косвенную обменную связь
4.4. Выводы
Глава V. Термическая обработка Со/Си/Со пленок
5.1. Введение
5.2. Диффузионные процессы и их влияние на магнитные и магниторезистивные свойства Со/Си/Со пленок
. 5.3. Ступенчатый отжиг Со/Си/Со пленок
5.4. Выводы
Заключение
Приложения
Список литературы

Введение
Изучение многослойных магнитных наноструктур является притягательным для ученных по двум причинам. Во-первых, из-за возможности использования таких структур в наноустройствах (считывающие головки для винчестеров, сенсоры магнитных полей, датчики давления и контроля механических моментов). Во-вторых, для исследования квантовых эффектов в низкоразмерных системах (гигантское магнитосопротивление, планарный эффект Холла). Успех в нанофизике основан на возможности создания новых, не имеющих подобных природных эквивалентов, структур, в которых интерфейсы играют критическую роль. Такие магнитные системы сильно отличаются от стандартных магнитных материалов. Межслоевые интерфейсы и энергия деформации могут использоваться для управления магнитной анизотропией, что позволяет получать ультратонкие магнитные пленки, в которых магнитные моменты могут быть выстроены как параллельно, так и перпендикулярно поверхности пленки. Управлять обменной связью можно путем варьирования материала и толщины прослойки, которая разделяет магнитные слои, а также изменяя кристаллическую структуру системы в процессе внешних воздействий (например, отжиг в вакууме). Возможность контролирования межслоевой обменной связи позволяет структуру, состоящую из двух ферромагнитных слоев, и разделенную немагнитным материалом, преобразовать в истинный антиферромагнетик с магнитными моментами в слоях, ориентированными антипараллельно друг к другу. Изменяя количество примесей в прослойке и шероховатость межфазных границ, можно выстроить магнитные моменты в смежных ферромагнитных слоях под любым углом в интервале от 0 до 180°.
В области нанофизики, связанной с магнито-электронным транспортом, прогресс был высочайшим. Тому было две причины. Первая - это спин-зависимое межфазное рассеивание электронов проводимости, приводящее к гигантскому магнетосопротивлению (ГМС) [3]. Вторая причина - это подобное спин-зависимое туннелирование электронов проводимости в магнитных тун-
ных границах. Это перемешивание в интерфейсах является причиной возникновения биквадратичной связи.
1.3.3. Механизмы биквадратичной обменной связи
Выше было показано, что биквадратичная связь это общий эффект, наблюдаемый во многих многослойных системах. Сила связи, ее температурная зависимость и зависимость от толщин прослойки и от толщин магнитных слоев была тщательно измерена посредством различных экспериментальных методик. Однако, в противоположность билинейной связи, физическая природа которой ясна и может быть описана теоретическими выражениями, основанными на концепции “странствующего” магнетизма [45, 32, 101], для биквадратичной связи не существует общей теории, которая может быть использована для всех систем. Поэтому в этом параграфе будут рассмотрены различные модели, которые были предложены для описания биквадратичной связи в различных магнитных структурах.
Самым первым, механизмом, объясняющим природу неколлинеарной связи, был механизм флуктуаций Слончевского [100], основанный на присутствие террас на межфазных границах в эпитаксиальных структурах, рис. 1.23. Слон-чевский предположил, что биквадратичная связь возникает из-за пространственных микро-флуктуаций билинейной связи. Эти микро-флуктуации обусловлены локальными флуктуациями толщины, рис. 1.23. Несколько позже Слон-чевский [101] предложил математическое выражение для описания биквадратичной связи в рамках флуктуационного механизма:
где А - обменная константа ферромагнитного слоя; Ь - ширина террасы.
Проводилось множество экспериментальных проверок модели Слончевского. Хейнрич и сотрудники [47] исследовали Ре/Си/Ре (001) сэндвичи с гладкими межфазными границами, используя ферромагнитный резонанс и магнито-
(1.13)