Теоретическое исследование энергетических, структурных и магнитных свойств ультратонких ферромагнитных пленок

• Автор: Климов, Сергей Петрович
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Омск
• Количество страниц: 105 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Обзор исследований ультратонких магнитных пленок
1.1 Применение магнитных пленок
1.2 Структурные и магнитные свойства тонких пленок
1.3 Основные направления развития теории поверхностных взаимодействий
1.4 Выводы
Глава 2. Исследование энергетических и магнитных свойств монослойных
пленок переходных металлов на немагнитных металлических подложках
2.1 Введение
2.2 Описание модели неактивированной адсорбции в рамках метода функционала спиновой плотности
2.3 Модели описания температурной зависимости намагниченности в ультратонких ферромагнитных пленках
2.4 Анализ результатов расчета для систем с совпадающей кристаллической симметрией.

2.5Анализ результатов расчета для систем с различающейся кристаллической симметрией.

2.6 Выводы
Глава 3. Исследование влияния эффектов замещения на энергетические,
структурные и магнитные свойства адсорбции ультратонких пленок
3.1 Введение
3.2 Описание многопараметрической модели активированной адсорбции магнитных атомов на металлических поверхностях
3.3 Анализ результатов расчета
3.4 Выводы
Заключение
Список литературы

Введение
Актуальность исследования. В начале 1980-х годов для достаточно тонкой (в несколько монослоев) эпитаксиальной пленки железа на грани Ag (001) было экспериментально обнаружено возникновение спонтанной намагниченности в пленке с вектором намагниченности, перпендикулярным поверхностной грани подложки [1]. В последующем возникновение перпендикулярной поверхностной магнитной анизотропии было выявлено в большом ряде ультратонких ферромагнитных структур [2-4]. Исследования магнетизма ультратонких структур позволили науке сделать рывок в области магнетизма благодаря открытию в 1988 г. эффекта гигантского магнитосопротивления (ГМС), за которое Ферт и Грюнберг получили в 2007 году Нобелевскую премию по физике. Это открытие повлекло за собой цепь новых достижений, таких как туннельное магнитосопротивление, туннельный магнитный переход.
Свойства ультратонких магнитных пленок являются объектом интенсивных исследований, что во многом определяется возможностями применения ферромагнитных пленок в микроэлектронике и вычислительной технике в качестве магнитных носителей для записи и хранения информации в запоминающих устройствах. Магнитные пленки обладают рядом уникальных особенностей, способствующих повышению плотности записи информации и быстродействия запоминающих устройств. На основе тонких магнитных пленок разрабатываются также конструкции различных управляемых устройств в СВЧ диапазоне: фильтров, амплитудных модуляторов, ограничителей мощности, фазовых манипуляторов.
Наряду с этим, изучение физических свойств ферромагнитных пленок носит фундаментальный характер, обуславливая как развитие физики магнитных явлений, так и физики поверхностных явлений. К настоящему времени изучению магнитного упорядочения в ультратонких пленках Ге, Со, М

посвящено множество экспериментальных работ, в которых установлено, что при некоторой эффективной толщине пленок в них устанавливается дальний ферромагнитный порядок. Кроме того, в ходе экспериментальных исследований образования ультратонких металлических пленок и распределения атомов металла на поверхности подложки были выявлены эффекты выталкивания адсорбированными атомами металла атомов субстрата на поверхность с реализацией заместительной адсорбции
Целями работы являются:
1) Развитие методики теоретического описания процесса заместительной адсорбции и расчета энергетических, структурных и магнитных характеристик ультратонких ферромагнитных пленок на основе метода функционала спиновой плотности с учетом эффектов магнитного упорядочения и пространственного распределения намагниченности в приповерхностной области.
2) Исследование влияния магнитного упорядочения на структурные характеристики и величину энергии адсорбции на примере монослойных пленок переходных металлов Ке, Со и № при их осаждении на немагнитных подложках У/, Си, Ад и Аи.
3) Выявление условий реализации различных структур при адсорбции ионов переходных металлов на немагнитной подложке
Научная новизна:
1) Впервые осуществлено теоретическое описание эффектов ферромагнитного упорядочения на адсорбцию магнитных ионов переходных металлов на немагнитной металлической подложке с образованием ультратонкой ферромагнитной пленки.
2) Впервые показано, что учет пространственного распределения намагниченности оказывает существенное влияние на реализацию тех или иных поверхностных структур, а также на величину энергии адсорбции.
3) Впервые в рамках функционала спиновой плотности проведены численные расчеты параметров адсорбции различных композитов из

разнообразие адсорбционных структур, возникающих при заместительной адсорбции [75, 95]; выявлены условия образования устойчивых моноатомных пленок [96].
1.4 Выводы
Проведенный анализ современного состояния теории ультратонких магнитных пленок позволяет сделать ряд выводов:
1. Достаточно хорошо изучен и подтвержден многочисленными экспериментами переход магнитных свойств ультратонких пленок с понижением толщины покрытия от параметров, характеризующих критическое поведение объемных материалов, к двумерным моделям магнитной анизотропии.
2. Наиболее последовательным и разработанным для описания поверхностных свойств металлов представляется квантовостатистический метод функционала электронной плотности. Однако МФП в применении к описанию адсорбционных свойств металлов не является полностью завершенной теорией. Лишь дальнейшее развитие методов описания поверхностных свойств может позволить применить их к расчету энергетических характеристик адсорбции атомов и молекул на различных металлах, выделить основные параметры, определяющие, как структурноэнергетическое состояние поверхности различных материалов, так и энергетические характеристики адсорбции в зависимости от состояния поверхности.
3. Способность многих адсорбатов при комнатных температурах замещать приповерхностные атомы подложки, а не просто адсорбироваться на поверхности, и наблюдаемые на эксперименте эффекты перемешивания адатомов с атомами подложки с образованием поверхностных бинарных растворов вызывают необходимость в разработке теоретических методов описания данных адсорбционных структур и их свойств.