Изучение процессов роста, структуры и магнитных свойств эпитаксиальных гетероструктур на основе фторидов (CaF2; MnF2) и металлов (Co; Ni)

• Автор: Федоров, Владимир Викторович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 206 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1 Обзор литературы

1.1 Эпитаксиальные магнитные наночастицы на основе переходных металлов

1.1.1 Свойства объемных кристаллов кобальта и никеля

1.1.2 Эпитаксиальный рост кобальта и никеля

1.1.3 Слои фторида кальция на подложках кремния

1.1.4 Гетерограницы в системах большим рассогласованием параметров решетки - Со (N1) на СаРг

1.2 Эпитаксиальные пленки фторидов-антиферромагнитетиков

1.2.1 Антиферромагнитные фториды переходных металлов группы железа

1.2.2 Структурные и магнитные свойства объемных кристаллов и тонких пленок МпРг
1.3 Размерные эффекты и эффекты близости
1.3.1 Однодоменность и суперпарамагнетизм
1.3.2 Эффект магнитной близости
1.4 Эффект обменного смещения петли магнитного гистерезиса
1.4.1 Однонаправленная анизотропия в системе ферромагнетик-антиферромагнетик
1.4.2 Основные теоретические модели
1.4.3 Современное состояние проблемы
1.4.4 Эффект магнитной близости в гетероструктурах ферромагнетик / антиферромагнетик
1.4.5 Практическая значимость эффектов магнитной близости и обменного смещения
Глава 2 Методика эксперимента
2.1 Технология создания эпитаксиальных магнитоупорядоченных гетероструктур
2.1.1 Установка молекулярно-лучевой эпитаксии
2.1.2 Кварцевый толщиномер
2.1.3 Источники для роста фторидов
2.1.4 Диодный источник для роста металлов
2.1.5 Дифракция быстрых электронов
2.1.6 Физико-химическая подготока подложек
2.2 Методы исследования структурно-морфологических свойств
2.2.1 Атомно-силовая микроскопия
2.2.2 Сканирующая и просвечивающая электронные микроскопии
2.2.3 Рентгеновская дифракция в геометрии скользящего падения
2.2.4 Малоугловое рассеяние рентгеновского излучения в геометрии скользящего падения
2.2.5 Рентгеновская рефлектометрия
2.2.6 Спектроскопия рассеяния ионов средних энергий
2.3 Методы исследования магнитных свойств
2.3.1 Установка векторной магнитометрии на основе магнитооптического эффекта Керра (МОЭК)
2.3.2 Магнитооптическая Керровская микроскопия
2.3.3 Рентгеновский магнитный циркулярный дихроизм
2.3.4 Рентгеновская резонансная магнитная рефлектометрия
2.3.5 Вибрационная магнитометрия
Глава 3 Самоорганизованные массивы эпитаксиальных наночастиц кобальта и
никеля на фториде кальция

3.1 Оптимизация технологии роста буферных слоев СаРг на
3.2 Процессы формирования эпитаксиальных наночастиц Со на поверхности СаРг на
подложках (111)
3.2.1 Влияние температуры подложки и количества нанесенного материала
3.2.2 Роль атомных ступеней поверхности СаР2 (111) на процессы зарождения и роста наночастиц
3.2.3 Кристаллическая структура эпитаксиальных наночастиц Со
3.2.4 Двухстадийная технология роста с использованием низкотемпературного затравочного слоя;
механизм коалесценции
3.3 Самоупорядоченные массивы эпитаксиальных наночастиц Со с различной ориентацией
3.3.1 Рост Со на поверхности буферного слоя СаРг с ориентацией (111), (001) и (110)
3.3.2 Эпитаксиальные соотношения, анализ картин дифракции быстрых электронов
3.3.3 Исследование формы и огранки эпитаксиальных наночастиц
3.3.4 Рентгеноструктурный анализ
3.4 Самоупорядоченные массивы эпитаксиальных наночастиц N1 с различной ориентацией
3.4.1 Эпитаксиальные наночастицы N1 на поверхностях буферного слоя СаРг с ориентацией (111), (001) и
(110)
3.4.2 Исследование формы и огранки островков методом малоуглового рентгеновского рассеяния
3.4.3 Рентгеноструктурный анализ
3.5 Основные результаты исследования процессов роста и структуры массивов наночастиц
Со и N
Глава 4 Гетероструктуры на основе ферромагнитных кобальта и никеля и
антиферромагнитного фторида марганца
4.1 Процессы формирования и структура эпитаксиальных слоев фторида марганца
4.1.1 Эпитаксиальные спои МпРг с ориентацией (111)
4.1.2 Двухстадийная методика выращивания МпР
4.1.3 Рентгеноструктурный анализ МпРг (111)
4.1.4 Процессы формирования и кристаллическая структура эпитаксиальных слоев МпИг с ориентацией
(100)
4.1.5 Процессы эпитаксиального роста слоев МпИг с ориентацией (110)
4.2 Гетероструктуры ферромагнетик I антиферромагнетик
4.2.1 Эпитаксиальные гетероструктуры ферромагнетик / антиферромагнетик
4.2.2 Гетероструктуры Со/МпРг (111)
4.2.3 Гетероструктуры Со/МпИг (110)
4.2.4 Эпитаксиальные магнитные наночастицы Со на поверхности МпИг (100)
4.2.5 Гетероструктуры №/МпР
4.3 Основные результаты исследования процессов роста и структурных свойств,
гетероструктур ферромагнетик I антиферромагнетик
Г лава 5 Магнитные свойства эпитаксиальных гетероструктур на основе фторидов
(СаРг; МпРг) и металлов (Со и №)
5.1 Магнитные свойства массивов эпитаксиальных наночастиц металлов на поверхности СаРг на Б!
5.1.1 Магнитные и магнитооптические свойства массивов наночастиц Со

5.1.2 Магнитные свойства массивов эпитаксиальных наночастиц Ni
5.2 Магнитные свойства эпитаксиальных гетероструктур
ферромагнетик / антиферромагнетик
5.2.1 Магнитные свойства гетероструктур Co/MnF2 (111)
5.2.2 Одноосная магнитная анизотропия гетероструктур Co/MnF2 (110)
5.2.3 Особенности магнитных свойств гетероструктур Ni/MnF
5.3 Обменное смещение петли гистерезиса и эффект магнитной близости в эпитаксиальных
гетероструктурах ферромагнетик/антиферромагнетик
5.3.1 Однонаправленная магнитная анизотропия гетероструктур Со (Ni) / MnF
5.3.2 Эффект магнитной близости в гетероструктурах Co/MnF2, исследование методом рентгеновского
циркулярного магнитного дихроизма
5.3.3 Эффект магнитной близости в гетероструктурах Ni/MnF
5.3.4 Исследование эффекта близости методом рентгеновской резонансной рефлектометрии
5.4 Основные результаты исследования магнитных свойств эпитаксиальных гетероструктур
Заключение
Благодарности
Список работ, опубликованных автором по теме диссертации
Литература

обменного смещения, и за счет магнитной анизотропии АФМ в системе будет наблюдаться лишь увеличение коэрцитивности. Таким образом, если учитывать магнитную анизотропию АФМ в выражение для поле смещения при в = 0 принимает вид:
^ ____I ив 1ев
ЕВ 4Каимсаи'
при этом условие КАрМ1АрМ > )ЕВ дает нам минимальную толщину слоя АФМ при которой может
наблюдаться обменное смещение: ьАРМ = Благодаря условию КАРМ1АРМ > ]ЕВ также может быть

объяснено, почему в ряде случаев [128,230,233] температура, ниже которой наблюдается обменное смещение (Ть - температура блокировки системы ФМ/АФМ) оказывается ниже температуры Нееля АФМ. Поскольку КАРМ зависит от температуры и увеличивается с её снижением, в случае недостаточно “жесткого” АФМ, обменное смещение не будет наблюдаться, пока не выполнится условие КАЕМ >

Так с уменьшением толщины слоя СоО менее 100 А в системе БезО^СоО, Ть при которой наблюдалось обменное смешение опускалась существенно ниже Тнееля=291К [230].

Рис. 21 Образование поперечной доменной стенки в АФМ (модель Маури)
Чтобы объяснить наблюдаемые в эксперименте малые поля смещения, Маури была предложена модель, основывающаяся на допущениях модели Мейкельджона и Бина, но предполагающая возможность образования в системе поперечной доменной стенки [234]. Маури было показано, что вклад обменной энергии на интерфейсе ФМ/АФМ, при перемагничивания ферромагнетика может быть уменьшен путем образования в доменной стенки, показанной на Рис. 21. Обычно предполагается, что доменная стенка находится в антиферромагнетике. Если считать что вдали от интерфейса АФМ релаксирован и направлен вдоль своей оси магнитного упорядочения, то выражение для плотности энергии системы, с учетом образования доменной стенки, будет иметь вид:
Е = -p0HMFtFcos(G - Ю + KptFsin(J})2 -}EBcos(P - а) - 2-JAafmKafm(1 - cos (а)),
где а - угол, на который развернулись относительно оси магнитного упорядочения АФМ магнитные подрешетки на интерфейсе ФМ/АФМ, Aafm - обменная “жесткость” АФМ, a 2^JAafmKafm - энергия образования 90° доменной стенки. При этом в зависимости от отношения обменной энергии и энергии необходимой для образования доменной стенки Я = , ,ЕВ в двух крайних случаях поле смещения
2yJAAFMKAFM
будет принимать следующие значения:
_ 1ев и
НрВ —
(IgMptp
при Я «
2VAafmKAfm л .
——— при Я »
p0MFtF