Микромагнитные состояния эпитаксиальных микро- и наноструктур Fe(001) и Fe(011)

• Автор: Фомин, Лев Александрович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 174 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

Г лава 1. Обзор литературы.

1.1. Микромагнитные состояния ферромагнитных микро и наноструктур.

1.1.1. Область квазиоднодоменных состояний.

1.1.2. Область многодоменных состояний.

1.1.3. Переходная область размеров.

1.2. Методы экспериментального исследования магнитного строения микро и наноструктур

1.3. Методики расчетов магнитного строения микро и наноструктур.

1.4. Выращивание эпитаксиальных пленок Ре

1.5. Экспериментальные исследования магнитных структур переходной области размеров

1.6. Перемагничивание микроструктур пропусканием спинполяризованного

электрического тока
Введение.
2.1. Выращивание эпитаксиальных пленок.
2.1.1. Метод импульсного лазерного осаждения.
2.1.2. Подготовка подложки для роста.
2.2. Изготовление эпитаксиальных микро и наноструктур по субтрактивной технологии.
2.3. Методы характеризации пленок и микроструктур из ферромагнитных металлов
2.3.1. Рентгеновская дифрактометрия
2.3.2. Транспортные измерения
2.3.3. Параметры, характеризующие качество эпитаксиальных пленок
2.3.4. Атомносиловая микроскопия
2.4. Магнитносиловая микроскопия
2.5. Микромагнитные расчеты
2.6. Развитие метода магнитосиловой микроскопии для исследования магнитного строения микро и наноструктур Ре 1 и Яе 1.
2.6.1. Разработка электромагнитной приставки и адаптера для 4х точечного измерения сопротивления образца к МСМ
2.6.2. Повышение чувствительности, пространственного разрешения МСМ зондов и их стойкости во внешнем магнитном поле
2.6.3. Тестовые объекты
Заключение к главе 2.
Глава 3. Выращивание и исследования свойств эпитаксиальных пленок Ре 1 и
Ре 1.
Введение.
3.1.1. Сравнение пленок Ре, выращенными на А плоскости сапфира с пленками 1, выращенными на той же подложке
3.1.2. Рентгеновская дифрактометрия пленок Ре
3.1.3. Влияние подслоя Мо на эффективную длину свободного пробега электронов и морфологию поверхности пленок Ре
3.2. Рост эпитаксиальных пленок Ре 1.
3.2.1. Зависимость морфологии и эффективной длины свободного пробега электронов от температуры роста
Заключение к главе
Глава 4. Магнитное строение микро и наноструктур из железа.
Введение
4.1. Магнитное строение поликристаллических микроструктур из железа
4.2.1. Структура доменных стенок в пленках и микроструктурах Ре 1.
4.2.2. Зависимость магнитного строения от магнитной анизотропии и
аспектного отношения для прямоугольных структур Ре
4.2.3 Магнитное строение крестообразных структур Ре 1.
4.2.4. Изменение магнитного строения и электрического сопротивления микроструктур во внешнем магнитном поле.
4.3. Магнитное строение микро и наноструктур Ре
4.3.1. Доменные стенки в пленках и микроструктурах Ре 1.
4.3.2. Зависимость магнитного строения от магнитной анизотропии и аспектного отношения для прямоугольных структур Ре
4.3.3. Магнитное строение крестообразных структур Ре
4.4. Изменение магнитного строения микроструктур Ре 1 под воздействием
импульсов спинполяризованного тока.
Заключение к главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы по теме диссертации, трех оригинальных глав, заключения, списка публикаций автора по результатам диссертационной работы, списка цитируемой литературы. Объем диссертации составляет 4 страницы, в том числе рисунков, одну таблицу и 2 литературных ссылки. Глава 1. Микромагнитные состояния ферромагнитных микро и наноструктур. Технология современных микроэлектронных устройств основана на планарной технологии. Латеральные размеры элементов магнитоэлектроники обычно лежат в диапазоне нм. Таким образом, магнитное строение ферромагнитных микроструктур в области размеров от сотни нанометров до нескольких микрон представляет практический интерес. Кроме того, оно представляет отдельный научный интерес, так как планарные размеры магнитной структуры Ь сравнимы с некоторыми характеристическими длинами в магнетике, например, с шириной доменной стенки 8. В переходной области 8 и Ь 8 необходим учет всех составляющих энергии магнитной структуры, включая магнитостатическую магнитодинольную, обменную, энергию анизотропии и энергию Зеемана. Если размеры частицы меньше или сравнимы с шириной доменной стенки, то она будет находиться либо в однодоменном, либо в квазиоднодоменном состоянии. Для однодоменных частиц теория перемагничивания была разработана Стоунером и Вольфартом еще в х годах . Ими была предложена модель когерентного вращения намагниченности, согласно которой магнитный момент частицы во внешнем поле вращается как одно целое. Кондорским была развита теория квазиоднодоменных состояний. Были рассмотрены модели магнитного строения для наночастиц в форме эллипсоидов, а также пленок и нанопроводов . Рис. С г, д. Рис. Типы магнитного доменного строения микроструктур в области размеров много большей ширины доменной стенки структура Ландау а, четыре домена с градусными стенками часть структуры б, алмаз i в, меандр i г. С другой стороны, если размеры ферромагнитного образца на два или более порядков превышают ширину доменной стенки, то его магнитное строение может быть описано аналитическими моделями, разработанными в х годах . Модели магнитного строения планарных микроструктур без анизотропии размерами порядка единиц и десятков микрон были позже разработаны ван ден Бергом . Для микроструктур в области размеров нм короткодействующие обменное, спинорбитальное и дальнодействующие магнитостатическое взаимодействия сравнимы по величине. Изза этого макроскопическое описание магнитного строения не годится. Однодоменное состояние также энергетически невыгодно, поскольку оно приводит к большим значениям магнитостатической энергии. В этом смысле данную область размеров можно назвать переходной. Уменьшение только одного размера, такого как толщина пленки, приводит к появлению так называемых поверхностных магнитных структур i , . К ним относятся такие магнитные структуры, как вихрь vx, гиперболический вихрь ivx, цветок , Сструктура, структура и др. Существование этих новых магнитных состояний и других так называемых
Рис. Все они были экспериментально обнаружены в работах Микромагнитное состояние в виде вихря vx рис. Радиус кора в планарных микроструктурах из железа составляет около 5 нм . Структура Ландау рис 1. Микромагнитное состояние типа гиперболического вихря ivx, i vx рис. В его центре также имеется кор. Предельным случаем его при увеличении размеров является схождение 4х ных доменных стенок рис. Магнитные структуры, подобные , также могут быть обнаружены в доменных стенках. Как известно, в ферромагнитных пленках есть два основных классических типа доменных стенок стенки Блоха и стенки Нееля. В стенке Блоха вектор намагниченности поворачивается вокруг оси, параллельной плоскости пленки, а в стенках Нееля вокруг оси, перпендикулярной этой плоскости. Однако, даже эти простого типа стенки могут быть неоднородными. В них могут существовать линии Блоха и точки Блоха, намагниченность в которых образует вихри и гиперболические вихри . Есть также и другие типы доменных стенок. Это в частности стенки с поперечными связями i, которые можно рассматривать как комбинации стенок Блоха и Нееля. Такая 0ная стенка состоит из последовательности круговых вихрей и гиперболических вихрей.