Динамика решетки гетероструктур на основе феррита висмута и титаната бария-стронция

• Автор: Кхабири Гомаа Махмуд Абдэль Хамид
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Ростов-на-Дону
• Количество страниц: 110 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1 Особенности структуры и динамики решетки кристаллов и пленок феррита висмута (обзор литературы)
2 Морфология поверхности, структура и динамика решетки многослойных гетероструктур на основе титаната бария-стронция и феррита висмута
2.1 Морфология поверхности пленок и гетероструктур
2.2 Атомная структура многослойных гетероструктур на основе
титаната бария-стронция и феррита висмута
2.3 Динамика решетки керамики титаната бария-стронция,
феррита висмута и гетероструктур на их основе
2.4 Выводы к разделу
3 Фононные и магнонные возбуждения в спектрах КРС пленок феррита висмута на подложках различных ориентаций
3.1 Фононные и магнонные спектры пленки BFO/SRO/STO/(001)MgO
3.2 Фононные и магнонные спектры пленки ВРО/81Ю/8ТО/(11 l)MgO
3.3 Выводы к разделу
4 Температурные зависимости фононных и мапюнных мод в спектрах
КРС гетероструктур на основе допированного неодимом феррита висмута
4.1 Особенности двухмагнонного рассеяния в пленке ВЫРО/(11 l)MgO
4.2 Температурные зависимости фононных и мапюнных мод гетероструктуры BNFO/BST/(lll)MgO
4.3 Температурные зависимости фононных и мапюнных мод гетероструктуры BNFO/BST/(001)MgO
4.4 Выводы к разделу
Заключение
Список цитированной литературы
Публикации автора

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Соединения и материалы, в которых одновременно существуют хотя бы два из трех видов упорядочения: ферромагнитное, (антиферромагнитное), сегнетоэлектрическое или сегнетоэластическое, называются мультиферроиками. В них магнитоэлектрическое взаимодействие упорядоченных подсистем приводит к появлению новых физических эффектов, представляющих интерес для спиновой электроники. Изучение особенностей магнитоэлектрического эффекта в мультиферроиках, при котором приложение магнитного поля изменяет электрическую поляризацию материала, либо под действием электрического поля изменяется его намагниченность, является важной фундаментальной задачей физики конденсированного состояния.
Феррит висмута ЕЙБеОз при комнатной температуре является антиферромагнетиком и одновременно сегнетоэлектриком, в котором магнитное упорядочение определяется обменным взаимодействием электронных спинов, а сегнетоэлектрическое - перераспределением зарядовой плотности в кристаллической решетке. Феррит висмута относится к мультиферроикам первого рода, у которых температура сегнетоэлектрического фазового перехода превышает температуру антиферромагнитного упорядочения, однако наличие циклоидального магнитного упорядочения в его объемных образцах приводит к подавлению магнитоэлектрического эффекта, что делает невозможным его практическое использование. Аномально высокие значения спонтанной поляризации и магни-тоэлектрического эффекта удается достигать в эпитаксиальных тонких пленках ЕНБеОз за счет искажений кристаллической структуры, приводящих к разруше-нию циклоидального упорядочения и существованию антиферромагнитного упорядочения О-типа со слабым ферромагнетизмом.
Большие значения магнитоэлектрического эффекта при комнатной температуре удается получать в композитных материалах, состоящих из чередующихся тонких магнитострикционных и пьезоэлектрических слоев. Современные технологии получения эпитаксиальных гетерострукгур
позволяют выращивать наноразмерные слои сегнетоэлектриков и мультиферроиков для применений в спинтронике, оптоэлектронике, микроэлектромеханике и СВЧ-электронике [1-5]. В композитных системах, состоящих из чередующихся слоев с магнитным и электрическим упорядочениями, могут возникать магнитоэлектрические свойства как на интерфейсах взаимодействующих слоев, так и в объеме материала [5]. Для функциональных устройств необходимы тонкие слои мультиферроика различной степени искажения и различных ориентаций по отношению к полярной оси третьего порядка исходного объемного феррита висмута. Последовательности фазовых переходов в эпитаксиальных пленках ШРеОз, а также температурные области сосуществования магнитного и полярного порядков могут существенно отличаются от наблюдающихся в объемном монокристалле.
Число подложек для осаждения тонких пленок сложных оксидов со структурой перовскита весьма ограничено, поэтому искажения кристаллической структуры при осаждении эпитаксиальных пленок феррита висмута возможны за счет использования промежуточных (буферных) слоев между пленкой и подложкой. При этом особенности структуры и динамики решетки многослойных гетероструктур на основе мультиферроиков можно выявить с использованием эффективного метода спектроскопии комбинационного рассеяния света (КРС). Таким образом, тема диссертации, посвященной выявлению и изучению с использованием спектроскопии КРС особенностей структуры и динамики решетки многослойных эпитаксиальных гетероструктур на основе феррита висмута с различными буферными слоями и подложками различной ориентации, является актуальной.
Цель работы: выявить особенности структуры и динамики решетки многослойных гетероструктур на основе феррита висмута на диэлектрических подложках различной ориентации и с различными буферными слоями.
Для достижения поставленной цели были намечены следующие задачи:
2.1 Морфология поверхности пленок и гетероструктур
Исследования морфологии поверхности методом атомно-силовой микроскопии описаны в нашей работе [А 1 ], где приводятся АСМ-изображения (размером 5x5 мкм) поверхности пленки BST толщиной 80 нм (рис. 2.6). Исследования морфологии поверхности показали, что средняя шероховатость (average roughness) поверхности этой пленки составляет около 0.2 нм, что свидетельствует о слоевом механизме её роста.

ж * '■ im. •.»л 'frSL'Wb 1 M fiv4 , t О p № «Д* p

0.5 1.0 1.5 2.0 2.

Рисунок 2.6 - АСМ-изображение фрагмента поверхности плёнки BST: двумерное - (а) и трехмерное - (б)