Магнитные свойства аморфных плёнок Gd-Co, Tb-Co и многослойных обменносвязанных плёночных структур на их основе

• Автор: Балымов, Константин Геннадьевич
• Шифр специальности: 01.04.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 158 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Технологии получения пленочных структур

1.2 Магнетизм аморфных пленок на основе Зеї- и 4/- элементов

1.3 Магнитные свойства многослойных обменносвязанных пленок

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

2.1 Получение плёночных образцов

2.2 Методики измерения свойств плёночных объектов

ГЛАВА 3. ОСОБЕННОСТИ МАГНИТНЫХ СВОЙСТВ ТОНКИХ АМОРФНЫХ ПЛЕНОК Сб-Со И ТЬ-Со

3.1 Система Об-Со

3.1.1 Спонтанная намагниченность аморфных пленок Єсі-Со
3.1.2 Особенности технического намагничивания пленок разного состава
Резюме
3.2 Система ТЬ-Со
3.2.1 Спонтанная намагниченность аморфных пленок ТЬ-Со
3.2.2 Особенности магнитной анизотропии и гистерезисных свойств аморфных пленок ТЬ-Со
3.2.3 Влияние термообработки на свойства пленок ТЬ-Со
3.2.4 Анализ вероятных механизмов магнитной
анизотропии пленок ТЬ-Со
Резюме
ГЛАВА 4. МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ПЛЕНОЧНЫХ СТРУКТУР С АМОРФНЫМИ ФЕРРИМАГНИТНЫМИ СЛОЯМИ
4.1 Обменносвязапные пленочные структуры
на основе системы бб-Со
4.1.1 Состояние магнитной компенсации в многослойных
пленках типа вб-Со/Со
4.1.2 Индуцированные магнитные фазовые переходы в
многослойных плёнках типа Об-Со/Со
Резюме
4.2 Обменносвязапные пленочные структуры на основе системы ТЬ-Со
4.2.1 Особенности перемагничивания пленок Ре19№81/ТЬ-Со при разных температурах
4.2.2 Влияние температуры на коэрцитивную силу и однонаправленную
анизотропию слоев пермаллоя в составе двухслойных плёнок
4.2.4 Влияние селективного отжига на магнитные
свойства и магнитосопротивление пленок ТЬСо/Ре№
4.2.5 Влияние толщины слоя Реї 9№81 на магнитные и
магниторезистивные свойства пленок Ре19№81/ТЪ-Со
4.2.6 Результаты испытания опьггных образцов
магниторезистивных сенсоров
Резюме
ВЫВОДЫ
БЛАГОДАРНОСТИ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
СПИСОК СОБСТВЕННЫХ ПУБЛИКАЦИЙ

ВВЕДЕНИЕ
Однослойные и слоистые пленки являются объектами интенсивных исследований вот уже несколько десятилетий. В этих структурах был обнаружен ряд удивительных свойств, таких как перпендикулярная магнитная анизотропия, гигантский магниторезистивный эффект, гигантский импеданс, что делает эти объекты интересными не только с научной точки зрения, но и в практическом плане. На примере слоистых объектов было ярко продемонстрировано существование обменного взаимодействия между сопрягающимися поверхностями слоев и фактически указан способ искусственного формирования сложных магнитных структур. Их изучение сулит прогресс в понимании природы магнитных и сопутствующих им магнитоэлектрических свойств широкого круга веществ, что даёт дополнительные возможности в создании функциональных материалов.
Среди слоистых структур важное место занимают плёнки, содержащие редкоземельные и переходные металлы. Они обладают уникальной способностью образования ферримагнитных структур и позволяют варьировать их свойства в широких пределах. В том числе в многослойных плёнках удаётся существенно снижать некоторые обменные параметры при сохранении высокой температуры магнитного упорядочения системы в целом. Это делает данные объекты удобными для эффективного моделирования в сфере спонтанных и индуцированных магнитных фазовых переходов, а также позволяет формировать магнитоупорядоченные объекты, не встречающиеся в естественном состоянии.
Одним из ярких эффектов, наблюдаемых в обменносвязанных слоистых структурах, является однонаправленная анизотропия. Впервые это явление было обнаружено в 1956 году [1] учеными Maiklejohn и Bean, исследовавших частично окисленные частицы Со. Авторами установлены аномалии перемагничивания окисленного порошка кобальта, состоящей в смещении петли гистерезиса по оси магнитного поля. Ими [1] была дана
интерпретация этой аномалии, которая предполагала наличие сильной обменной связи на границе раздела между ферромагнитной сердцевиной и антиферромагнитным поверхностным слоем частиц. Значительный практический интерес к гетерогенным обменносвязанным средам, обусловленный, в частности, появлением спин-вентильных магниторезистивных материалов [2], стимулировал поиск и изучение других систем с однонаправленной анизотропией. К их числу относятся слоистые пленки типа ферромагнетик/ферримагнетик. В них функцию магнитного смещения выполняет магнитотвердый ферримагнитный слой, обладающий повышенной температурой магнитного упорядочения по сравнению с антиферромагнитными слоями, а в качестве элемента, проявляющего однонаправленную анизотропию, обычно выступает слой пермаллоя. В ферримагнетиках магнитотвердое состояние, как правило, связано с наличием магнитной компенсации, которая относительно просто реализуется в аморфных сплавах Со с тяжелыми редкоземельными элементами.
Цель данной работы: установить закономерности формирования, механизмы и способы целенаправленного варьирования магнитной анизотропии и гистерезисных свойств в однослойных и многослойных обменносвязанных плёнках, содержащих аморфные слои типа 11-Со (11= вб, ТЬ).
В рамках указанной цели в работе были поставлены следующие конкретные задачи:
1) количественно описать и выявить возможные источники магнитной анизотропии в аморфных плёнках, содержащих кобальт и редкоземельные элементы с резко отличающимися конфигурациями электронных оболочек;
2) установить и дать феноменологическое описание особенностей магнитных свойств многослойных плёнок Цб-Со/Со с псевдоферримагнитной структурой;

быть значительно ниже температуры Нееля (7к).
Авторами [53] даются качественные объяснения обменного смещения, исходя из наличия обменного взаимодействия на ФМ-АФМ границе. Если поле прикладывается к образцу в температурном интервале Т<Т< Тс, спины ферромагнетика выстраиваются вдоль направления поля, при этом АФМ спины находятся в неупорядоченном состоянии (рисунок 15,а). При охлаждении образца в поле до температуры Т < 7, вследствие обменного взаимодействия на границе раздела ФМ-АФМ поверхностные спины антиферромагнетика выстраиваются параллельно ФМ спинам (в предположении ферромагнитного взаимодействия между ФМ и АФМ спинами). Последующие спиновые плоскости антиферромагнетика выстраиваются согласно АФМ упорядочению, что приводит к нулевому суммарному магнитному моменту антиферромагнетика (рисунок 15,6).
При смене направления внешнего поля на противоположное начинается поворот ФМ спинов. В то время как АФМ спины сохраняют своё направление вследствие большой АФМ анизотропии (рисунок 15,в). Поэтому взаимодействие на границе раздела ФМ-АФМ противодействует внешнему полю, стараясь удержать в прежнем направлении ФМ спины, связанные' ферромагнитно с поверхностными АФМ спинами. Таким образом, ФМ спины обладают только одной преимущественной ориентацией, то есть анизотропия является однонаправленной. В итоге величина поля, необходимого для полного переворота ФМ спинов, будет больше в случае контакта ФМ с АФМ, так как требуется дополнительное поле для преодоления ФМ-АФМ обменного взаимодействия (рисунок 15,г). При обратной процедуре изменения внешнего поля вращение ФМ спинов к первоначальному направлению начинается еще до смены направления внешнего поля, что вызвано всё тем же взаимодействием с АФМ спинами (рисунок 15,6). В итоге петля гистерезиса имеет такой вид, как если бы на образец действовало дополнительное смещающее поле.
Еще одна особенность проявления обменной анизотропии слоистых